单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究

针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题,基于弹性接触理论和曲杆理论,研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。首先,综合考虑泊松比效应和接触变形等因素,建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝间接触性能的数学模型。其次,采用基于半解析法(SAM)的数值方案进行耦合求解。半解析法求解过程中,采用共轭梯度法(CGM)和快速傅里叶变换(FFT)求解多层结构单股钢丝绳丝间接触压力、接触变形及钢丝内部应力,揭示单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的接触性能参数随扭转载荷变化的演变规律,以及钢丝绳结构参数对单股钢丝绳丝间接触行为的影响机制。最后,通过与COSTELLO理论计算结果对比,验证单股钢丝绳多层接触耦合模型的有效性。研究结果表明:轴向扭转载荷作用下,单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的最大接触压力和变形均位于接触中心,且随扭转加载进程而呈非线性变化;在大扭转载荷下,内层螺旋钢丝与外层螺旋钢丝间的接触区易先发生应力屈服;相比于内层螺旋钢丝捻角,外层螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳内部各层丝间的接触作用影响更加显著;扭转载荷引起的最大钢丝应力位于接触界面下,该应力区的应力及深度随螺旋钢丝捻角增大而增大。     

钢丝绳捻制成形残余应力的理论与实验研究

采用共转坐标系弹塑性有限元法模拟了钢丝绳捻制成形过程，用数值计算和X射线实验分析结果探讨了捻制成形过程中的重要工艺参数扭转系数Y对捻线加工残余应力分析和弹性恢复变形的影响规律，研究结果表明，Y＝0时，残余应力以捻线中心为轴呈轴对称一次螺旋状分布；用非零反扭系数捻制成形时，钢丝绳股中钢丝的残余应力呈二次螺旋状不均匀分布，Y＜1．0时，捻线存在与捻制公转方向相反的扭转弹性恢复，Y＝1．0时，存在着较大的弹性恢复；Y＞1．0时，扭转弹性恢复与捻制成形的方向相同，形状冻结性好，综合考虑钢丝绳成形性，使用安全性和抗拉强度，合理的反抗转系数最好取略大于1．0。     

钢丝绳数学模型及有限元分析

用UG中的规律曲线建立6×19西鲁钢丝绳、1×6单股钢丝绳三维模型,针对西鲁股第2层和第3层钢丝位置关系进行三次多项式曲线拟合,建立了二者捻角变化的三次曲线关系,保证钢丝绳捻制后同一个旋转周期螺旋捻距的大小相同;同时建立了第3层钢丝螺旋半径与第2层钢丝螺旋半径之比随第2层钢丝捻角变化的三次拟合关系,确保钢丝捻制后两层丝刚好能接触.利用Workbench对1×6单股钢丝绳进行有限元分析,钢丝绳一段固定,对另一端每根丝加载荷.对比了中心丝与侧丝接触应力,理论计算与有限元分析结果误差在3%,验证了模型和网格的有效性.单股有限元最大应力出现在侧丝与侧丝加载变型后相接触点.     

预应力钢丝缠绕超高压筒体的应力及变形分析

本文分析了预应力钢丝缠绕超高压筒体的应力及变形。由于钢丝层和工作载荷对芯筒的作用力均不能沿轴向全长作用，因而在简体的两端发生弯曲变形，引起应力和变形重新分布。本文从理论上分析并计算此种应力及变形，这对超高压容器的强度及密封设计是很重要的。本文还将计算结果简要地和有限元计算值及实测值进行比较。     

多股簧的设计计算及有限元仿真分析

根据多股簧的成形过程,分析了单股钢丝中心线的空间结构,在现有几何参数基础上计算了钢索分布圆半径、钢丝螺旋倍数和钢丝中心线的轨迹扫描参数。提出了基于特征扫描的多股簧辅助设计方法,通过一个扫描步即可得到多股簧单股钢丝中心线的模型,并给出了基于PROE软件的建模方法。在上述多股簧设计计算的基础上,采用模型结果,给出了多股簧加载过程中弹簧和钢丝应力应变特性的ABAQUS有限元仿真分析。分析结果显示了多股簧承载时钢丝的应力应变特性、钢丝截面的应力分布情况、加载速率对多股簧簧圈振动的影响,弥补了现有多股簧分析和测试手段的不足,为多股簧的生产加工和性能实验提供有效的指导。     

予应力钢丝缠绕机架的变张力缠绕

由于等张力缠绕的缺点，予应力钢丝缠绕机架一般均采用变张力缠绕。其优点是各层钢丝的应力趋于一致，钢丝层的设计接近等强设计。目前采用的变张力缠绕方法，不考虑钢丝工作应力，在某些条件下分布不均匀的特点，因而往往达不到等强设计的目的。本文具体分析了机架尺寸、吨位、摩擦力对钢丝工作应力分布的影响，提出了适合不同机架的变张力缠绕方法，即Ａ型和Ｂ型变张力缠绕： （１）Ａ型：适合立柱较长，钢丝层数较少的机架，此时可以不考虑钢丝工作应力分布的不均匀性； （２）Ｂ型：适合立柱较短，钢丝层数较多的机架 本文还提出了选择变张力缠绕方法的判别式，及计算工作应力的公式和图表，使变张力设计较为简捷和合理。 本文提出的各种钢丝应力计算公式是以实测数据为依据，因而具有一定的可靠性。本文还将推导的工作应力计算公式与国外资料对比分析。     

钢丝绳成形过程共转坐标系弹塑性有限元分析

钢丝绳强度受其几何结构和成形加工应力的影响很大,为此采用考虑钢丝绳成形大转动几何非线性的共转坐标系弹塑性有限元法,模拟了钢丝绳成形过程,通过数值计算分析了成形过程捻制反扭转系数和捻制方向组合对钢丝绳加工应力应变分布的影响,可为钢丝绳成形工艺与结构强度的合理设计提供依据。     

钢丝绳直线段有限元建模与分析

利用Patran软件设计了1×6钢丝绳直线段股和独立绳芯钢丝绳的有限元模型,利用Nastran进行了有限元分析,计算中考虑了一端固定、一端轴向旋转情况下钢丝绳的载荷与应变的关系和股内各钢丝分载荷情况.对比有限元分析结果、理论计算结果和实验结果发现,三者间误差均在容许范围内,验证了本文有限元模型的有效性.     

大直径系泊钢缆轴向强度缩减值评估

针对六股钢缆和螺旋式钢缆提出海洋工程系泊钢缆轴向破断载荷计算的新方法.以钢缆结构为基础建立钢缆轴向强度计算的力学模型并进行简化处理.因钢缆断丝引起强度缩减且无法确定其断点的准确位置,为此考虑内部钢丝摩擦力并通过对钢缆的断丝分布进行概率计算及给出钢丝分布概率模型,提供钢缆轴向破断载荷缩减的计算及分析过程.突破了规范法计算轴向强度缩减时对钢缆类型的限制.通过大量计算各种钢丝绳破断载荷,将统计结果同API规范强度公式计算结果及设计值进行对比,结果显示该算法精度及稳定性较好.     

钢丝绳中二次螺旋钢丝的数学模型

在钢丝绳外层钢丝轴线的Frenet标架上,注意到钢丝绕股的轴线进行装配和股绕钢丝绳轴线的装配方式完全相同,利用仿射几何建立钢丝绳中二次螺旋钢丝的数学模型.从哲学角度分析数学模型的成功之处是引入了对称理论,并展望了钢丝绳理论研究的下一阶段工作.     

基于间隙理念的钢丝绳产品结构参数求解方法

基于钢丝绳间隙设计理念提出一种用于钢丝绳结构设计参数求解的新方法.在设计阶段考虑构成钢丝绳的股与钢丝的捻制变形以及钢丝绳结构与加工工艺等多种约束,采用渐进逼近的方式对捻距倍数、间隙要求、结构参数等多项指标进行优化计算,克服了传统设计方法中进行参数设计时不考虑生产工艺约束,造成设计与生产脱节的缺点.通过一种复合钢丝绳产品的设计案例,表明了该设计方法的有效性,计算出的设计参数与实际生产情况相吻合,能够有效指导生产实践.     

捻制方式对钢丝绳绳丝力学性能影响研究

对6×19S+FC右同向捻及右交互捻钢丝绳绳丝分别进行了静态实验,得到它们的拉伸、弯折及扭转实验数据;对这些数据进行统计分析,分别得到它们的均值与方差,从实验层面探讨捻制方式对钢丝绳绳丝力学性能的影响。另外利用Solidworks软件建立了绳丝计算模型,利用ANSYS软件分析了钢丝绳中绳丝的受力和变形情况,从数值模拟层面探讨钢丝绳捻制方式对绳丝力学性能的影响。研究表明,对于钢丝绳绳丝力学性能而言,右交互捻优于右同向捻。     

自适应免疫遗传算法在混合流程车间调度中的应用

针对钢丝绳生产混合流程生产模式和工艺、结构特点，研究与设计了自适应免疫遗传算法求解钢丝绳生产JSSP问题．该算法利用免疫算法指导收敛方向，提高了遗传算法运算效率，改善了局部搜索能力．同时改进了算法交叉算子和停机准则．应用于钢丝绳生产作业计划管理系统，提高了调度的科学性、时效性及可行性．     

基于微分几何学的钢丝绳结构CAD

基于微分几何学建立了二次捻制钢丝绳中钢丝的空间曲线方程，分析了钢丝绳典型捻向组合对绳中二次捻制钢丝曲率的影响，探讨了绳捻距倍数对捻制钢丝之间接触角的影响．研究结果表明，同向捻对二次捻制钢丝曲率影响比交互捻的大，而绳捻距倍数对交互捻制绳接触角的影响较同向捻的更为明显．     

升船机钢丝绳断丝检测方法的研究

分析了在升船机钢丝绳检测中遇到的困难．通过设计特殊结构的磁路,采用周向多回路轴向励磁方式、以解决升船机钢丝绳检测中的磁化问题;通过采用聚磁技术,实现了钢丝绳断丝信号的获取,为解决升船机钢丝绳检测作了初步的研究．     

基于CABLE建模的大型塔结构吊装过程动力学模拟

本文通过在CATIA软件上引入CABLE软件,建立了柔性体钢丝绳的三维模型。在对钢丝绳的物理参数进行定义后,在运动工作台上建立钢丝绳的动力学分析模型。进一步将吊车、塔、地面等模型完整装配,在运动工作台上进行整体模拟计算。最终获得被吊装结构的轨迹曲线、动力学响应、结构的偏心、翻转等,以及与周围物体的干涉情况。     

钢丝绳断丝缺陷漏磁场模型及其应用

基于静态磁场中的等效磁荷的观点,用等效点磁荷模型推导了钢丝绳断丝缺陷漏磁场数学模型.在平行丝钢丝绳模拟实验的基础上,讨论了影响断丝漏磁场检测信号的影响因素.     

钢丝绳损伤后折减使用的分析

本文就钢丝绳直径变小和断丝等主要损伤形式 ,通过对钢丝绳折减使用进行了理论分析 ,提出相应的计算方法     

钢缆绳在线测长系统

在生产线上对钢缆绳长度进行实时准确的测量,其关键是检测打滑,消除由于打滑带来的测量误差.在对生产流程分析的基础上,采用成品卷筒和主动卷筒的转速比在短时间内是否有跳变的方法来检测是否打滑,从而消除由于打滑而引起的测量误差.用编码器零位来消除由于现场干扰而引入的少量非计数脉冲.实验结果表明,该系统工作可靠,测量误差小于0.2%.