钢丝绳股内钢丝的载荷分布

应用微分几何理论分析钢丝绳结构特点及钢丝的空间螺旋缠绕关系,利用ANSYS软件开发常用的几种金属绳芯钢丝绳的建模程序,建立6×19IWS右同向捻和右交互捻两种钢丝绳的几何模型.通过适当的网格划分得到了钢丝绳的有限元模型,以钢丝绳一端约束三个方向自由度,另一端施加轴向集中载荷作为加载工况,确立模型求解的边界条件,并进行数值模拟.分析数值模拟结果,得出钢丝绳股内处于不同位置钢丝在长度方向上应力呈螺旋状分布,钢丝截面上应力呈中心对称分布的规律,对照分析两种捻向组合钢丝绳中对应钢丝的应力分布规律,指出捻向组合对钢丝绳股中钢丝应力分布的影响.确立钢丝绳拉伸试验方案,进行6×19IWS钢丝绳拉伸试验,用四种载荷下的拉伸变形量验证了数值模拟结果,试验结果与模拟结果基本吻合.     

钢丝绳应力场与疲劳寿命研究

钢丝绳以独特的螺旋结构广泛应用于起重装备中,其应力与疲劳寿命特性是评价钢丝绳工作性能的重要指标。基于SolidWorks-ANSYS平台,运用空间扭曲特征建立一个完整捻距钢丝绳模型,结合虚拟疲劳寿命分析方法,对不同钢丝捻矩6×7+IWS型钢丝绳进行应力与疲劳寿命有限元分析。通过分析发现,6×7+IWS型钢丝绳芯股主要承担着轴向载荷的作用,钢丝捻距的大小影响着钢丝绳的应力分布特性,同时应力大小决定着钢丝绳的疲劳寿命,应力越大疲劳寿命越小。研究结果表明,选取合适的钢丝捻距值,直径、侧股捻距的6×7+IWS型钢丝绳采用钢丝捻距,能有效改善钢丝绳应力分布和提高疲劳寿命,更好的满足工作要求。     

表面磨损对钢丝绳裂纹萌生与扩展的影响

结合扩展有限元法和M积分法,建立了1×19+IWS钢丝绳不同表面磨损的简化有限元模型,对其在轴向拉伸载荷下的裂纹萌生与扩展进行了仿真研究。分析了钢丝绳在拉伸载荷下整体与磨损区域的应力分布;随后基于扩展有限元法与M积分法,得到了不同径向与轴向磨损量下磨痕区域的应力强度因子。结果表明,随着径向磨损量增大,在磨损量5.5%之前,磨痕处的应力强度因子随磨损量线性增长,在超过5.5%磨损量之后,急剧增加,研究成果验证了GB/T 5972—2016《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》中规定的钢丝绳报废标准。相比于径向磨损,钢丝绳的轴向磨损量对磨痕处应力强度因子的影响不大,并且越大的轴向磨损对裂纹扩展的抑制越强。     

钢丝绳股内钢丝应力—应变分布的计算模型及数值模拟

应用微分几何理论及利用ANSYS软件进行6×7IWS钢丝绳的几何建模和有限元建模,进行6×7IWS右同向捻和右交互捻两种钢丝绳模型对比,从几何结构上得出规律性结论,对两类钢丝绳确定相同的边界条件进行有限元计算。结果显示了两种捻向组合下钢丝绳股内钢丝应力分布及应力值的区别。对照几何模型的分析,得出相关性规律,同向捻制钢丝绳股内钢丝的应力变化幅度高于交互捻钢丝绳,应力变化周期同向捻高于交互捻,绳股中钢丝所处的位置不同,钢丝的应力也有很大差别,在一根钢丝中,应力分布与该丝所处的捻绕位置有很大相关性。通过试验验证分析结论,与模拟结果基本相符。     

起重机提升钢丝绳建模与力学研究

提升钢丝绳是起重机起升系统中最重要的受力部件，其自身结构和受力情况会直接影响起重机起升系统的传动性能。在作业过程中，提升钢丝绳的受力十分复杂，且会出现平直和绕卷筒弯曲2种形态，故建立精确的钢丝绳几何模型并对其进行变形和受力分析十分必要。本中以6×7+IWS钢丝绳为对象建立其平直段的数学模型，并分析起重机钢丝绳受力特点。仿真分析结果表明：直线提升时，当载荷为1 kN时侧股侧丝的接触应力较侧股芯丝更大，芯股芯丝承受应力最大为700.45 MPa。     

基于ABAQUS的煤矿提升机钢丝绳应力状态有限元分析

煤矿提升机钢丝绳性能对煤矿安全生产有着直接影响。对DF900型提升机的钢丝绳进行了模拟，探讨了重吊煤炭过程中应力和变形的分布。利用SolidWorks和ABAQUS软件建立了DF900型提升机中交叉股钢丝绳6×6+WS结构的有限元模型，在钢丝绳正常工作范围内，加载5 000 N的轴向拉力，分析应力和变形分布。通过有限元分析计算结果表明，钢丝绳受力呈空间螺旋分布，绳股外侧钢丝受力是钢丝绳中最大的，可为煤矿提升机钢丝绳的设计和改进提供参考。     

多层股钢丝绳直线张拉状态下接触磨损机理研究

为了解多层股钢丝绳内部接触磨损情况,通过不同方法对其在直线张拉状态下的力学特性进行了研究。基于Costello的普通钢丝绳弹性理论,建立了拉力作用下直线状态钢丝绳的受力模型,以18×7+IWS多层股钢丝绳为例,计算得出多层股钢丝绳不同层绳股的应力变化情况;根据钢丝绳的空间几何结构,分析钢丝在接触状态下的受力情况,研究了钢丝接触应力的大小和钢丝间的滑动位移量对钢丝接触状态和钢丝疲劳磨损的影响;利用Abaqus对钢丝绳进行有限元静力学分析,研究了绳股钢丝间的应力变形情况;最后在DIC-MTS试验台进行了钢丝绳直线状态下的拉伸实验,从力学角度分析了多层股钢丝绳疲劳损伤的主要原因,对上述理论分析进行了验证,并得出了多层股钢丝绳在使用中其失效先从内部磨损开始,继而扩展断裂的结论。     

钢丝绳三维接触模型及丝间应力分布研究

建立了1×19IWS钢丝绳三维接触模型,该模型采用Splitting-pinball算法进行接触位置搜索,采用Augmented-Lagrangian算法进行接触载荷计算。对模型施加拉伸载荷,应用有限元进行了计算。分析计算结果,得出了钢丝沿轴线方向及在钢丝横截面内的应力分布规律;对照摩擦因数分别取0.10、0.11、0.12时的计算结果,得出摩擦因数对钢丝应力的影响规律,摩擦因数对钢丝切应力影响显著。分析了5个不同捻距倍数的钢丝绳计算结果,得出了捻距倍数对钢丝应力的影响规律,钢丝vonMises应力随捻距倍数增大而增大,但增大不明显,钢丝切应力随捻距倍数增大而减小,且在捻距倍数较小时变化幅度较大。进行了钢丝绳拉伸变形试验,试验结果与计算结果一致,说明所选用的模型是合理的。     

石墨烯薄膜大挠度力学特性研究

针对石墨烯薄膜微压力传感特性,基于圆薄膜大挠度弹性理论,构建均布载荷-挠度数学模型,求解预应力对挠度变化的影响规律,应用ANSYS静力学非线性和模态分析方法,对弹性模量与层数等薄膜参数引起的挠度特性及振动特性进行数值解析与有限元仿真。结果表明,低载荷条件下预应力对挠度形变作用明显,且在0~3.6 k Pa范围内挠度与载荷基本呈线性关系,但随着载荷增加,弹性模量与层数对挠度形变表现出递减效应,不过固有频率与模态特性仍取决于预应力,受薄膜参数影响较小。这种力学特性验证了Beams球壳理论模型的有效性,在线性区间内受预应力影响其解析解与ANSYS仿真解的平均相对误差小于0.49%。     

6×7+IWS双螺旋钢丝曲率和挠率及其应力变化特性

为了掌握提升钢丝绳内部钢丝在波动载荷下的应力状态变化,针对典型钢丝绳6×7+IWS,推导轴向载荷下螺旋钢丝螺旋角变化量的显式表达式,给出钢丝绳侧股双螺旋钢丝的曲率、挠率和应力波动表达式.分析结果表明,钢丝绳在轴向载荷下,同向和交互捻制的钢丝绳中螺旋钢丝的螺旋角随载荷线性增加,其侧股螺旋钢丝的曲率和挠率随自身旋转角的变化呈360°周期变化;靠近独立股外侧时钢丝的曲率最大,而其挠率则最小,侧股内侧则相反;同向捻制钢丝绳侧股螺旋钢丝的曲率及其波动载荷下弯曲应力变化幅度远大于交互捻制钢丝绳.     

钢丝绳葫芦电机端盖密封性能的非线性接触分析

建立钢丝绳葫芦的电机端盖-密封垫-葫芦箱体密封系统的有限元模型,采用非线性接触分析方法,分析钢丝绳葫芦在正常运行和制动工况下的密封性能,研究螺栓预紧力以及垂向载荷对密封系统密封性能的影响。结果表明,在起重机正常运行和制动工况下,密封垫接触状况良好,未出现内外边界相连的间隙,具有较好的密封性能;通过计算发现,随着垂向载荷力的增加,密封垫间隙和相对错动值不断增大,在螺纹极限预紧力内随着螺纹预紧力的增加,密封垫间隙和相对错动值不断减小,密封性能得到提高。     

刨煤机煤岩刨削破碎数值模拟研究

为研究刨煤机刨刀刨削煤岩的破碎过程及其影响因素,采用数值模拟方法对刨削过程进行分析,鉴于煤岩为非均匀介质,对煤岩图像进行识别,采用图像重构方法建立煤岩三维模型,增加了模拟的准确性,为有限元的非均匀物质三维建模提供新的理论和方法,得到更准确的模拟仿真数据。通过模拟不同工况下刨刀的破煤过程,得到刨刀与模拟煤壁的接触力。研究结果表明:随着刨削深度的增加,刨刀受力增加,受力逐渐趋于稳定,但由于煤质的变化,力在一个稳定值附近上下波动;刨削速度对刨刀载荷的影响不大;煤岩坚固性系数越大,刨刀模拟载荷越大。     

螺接搭接件的载荷传递特性试验及三维有限元分析

在考虑螺栓与孔壁间的非线性接触、摩擦、干涉配合和螺栓预紧力等因素影响的基础上,利用非线性有限元软件MSC.Marc构建了螺接搭接件的三维有限元分析模型。数值模拟结果与试验结果的对比表明:所建三维模型能有效地模拟搭接件的载荷传递特性。基于三维有限元模型,讨论了无裂纹搭接件的螺栓孔形式、干涉配合和螺栓预紧力对载荷传递比的影响规律,同时对含裂纹搭接件的载荷传递比随裂纹扩展的变化规律进行了分析,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

管线钢预弯弹塑性影响因素仿真分析

借助有限元软件对X80级管线钢板材预弯状态的弹塑性特征进行了仿真分析,对其影响因素进行了研究。通过建立有限元模型,采用固定变量法讨论了三种因素载荷、跨距以及下压半径对预弯变形的影响。抽取板材下边缘塑性应变、应变比重、等效应力以及跨距间下边缘轨迹线的应力应变结果,得到载荷、跨距与应变呈正比关系,曲线呈陡峭变化趋势,且载荷的影响因子大于跨距的;下压半径与应变不是纯粹反比关系,呈现出波浪式下降趋势;每一种影响因素不仅影响板材变形值,对其变形范围也有一定影响。     

自动猫道机起升钢丝绳受力特性研究

自动猫道机是用于实现钻具自动上下钻台的装置,可大大提高劳动效率。为了研究自动猫道机起升钢丝绳的受力特性,提高系统的安全性,根据猫道机的运动特征,建立了简化的力学模型,对钢丝绳的各个运动位置进行受力计算,并利用 ADAMS 软件对起升过程进行动态仿真,模拟钢丝绳的受力,对简化的力学模型进行验证。结果表明,钢丝绳受力分析是正确的,模型简化是合理的。该受力模型为猫道机钢丝绳设计选型提供了理论基础,同时也提出了新的研究思路。     

不同断面形状电梯曳引钢丝绳承载特性分析

钢丝绳是电梯曳引系统中最重要的受力部件,其自身结构和受力情况会直接影响电梯曳引系统的传动性能。在作业过程中,电梯钢丝绳与绳槽的受力十分复杂,且钢丝绳的结构和力学承载特性决定钢丝绳的磨损情况,决定了电梯的使用安全性和可靠性。文中研究对比分析了圆股、三角股、椭圆股钢丝绳作为电梯曳引钢丝绳,仿真分析3种钢丝绳绕曳引轮弯曲状态下的应力和变形分布规律。结果表明：对比分析相同横截面积下的椭圆股、三角股和6×7+IWS钢丝绳,钢丝绳应力均近似呈左右对称分布;椭圆股钢丝绳与绳槽接触区域的接触应力和伸长量均最小,分别为248.4 MPa和0.136 456 mm;椭圆股分布钢丝绳更符合以摩擦力传递扭矩的电梯曳引工况中。该研究为电梯曳引系统中的钢丝绳的选用提供了理论参考。     

基于ANSYS Workbench水轮发电机螺栓法兰连接有限元分析

根据机械设计理论,分析了只承受预紧力和预紧力与工作载荷同时作用两种情况下螺栓连接的受力情况,并利用ANSYS Workbench对水轮发电机螺栓法兰连接结构进行模拟,创建了有限元模型,施加了相应的约束、预紧载荷与工作载荷,进行了结构静力学分析.有限元分析结果与理论运算结果进行比较,有限元模型的正确性、可靠性得到验证.该模拟分析结果为螺栓的选用与装配提供了依据,提高了产品的可靠性和设计水平.     

6×7＋IWS双螺旋钢丝曲率和挠率及其应力变化特性

为了掌握提升钢丝绳内部钢丝在波动载荷下的应力状态变化,针对典型钢丝绳6×7＋IWS,推导轴向载荷下螺旋钢丝螺旋角变化量的显式表达式,给出钢丝绳侧股双螺旋钢丝的曲率、挠率和应力波动表达式。分析结果表明,钢丝绳在轴向载荷下,同向和交互捻制的钢丝绳中螺旋钢丝的螺旋角随载荷线性增加,其侧股螺旋钢丝的曲率和挠率随自身旋转角的变化呈360°周期变化;靠近独立股外侧时钢丝的曲率最大,而其挠率则最小,侧股内侧则相反;同向捻制钢丝绳侧股螺旋钢丝的曲率及其波动载荷下弯曲应力变化幅度远大于交互捻制钢丝绳。     

空间多层灯具的吊装有限元分析

以具有细长柔性结构特点的装饰吊灯的安装为研究对象,借助有限元方法设计了吊点与导向点相结合的吊装方案。将Pro/E三维模型导入ANSYS,采用link单元模拟钢丝绳,并建立吊灯骨架的有限元模型,利用非线性分析方法对整个吊灯的位移和应力进行了有限元分析计算。计算结果为吊灯的实际安装提供了数据与技术支持,其成功的安装也表明了计算模型的合理性。因此对于大型柔性吊灯多吊点的安装,有必要进行钢丝绳与吊灯组合的整体有限元模型建立与分析,以获取更接近实际的载荷分配、应力与位移分布。     

卧式液压缸挠曲特性研究

为了研究卧式液压缸挠曲特性,提出了一种卧式液压缸挠度计算方法和改进液压缸挠曲形态的优化方案.基于阶梯杆模型,考虑活塞杆吊耳与液压缸缸体铰支点轴承摩擦,活塞杆与导套、活塞与液压缸内壁的配合间隙,液压缸截面特性及缸尾弹簧支撑,建立了卧式液压缸的挠曲力学模型.将轴向载荷对挠度的影响转换为轴向载荷影响系数,提出了计算卧式液压缸挠度的二截面受压杆法.以三峡新通道船闸人字闸门液压启闭机液压缸比例物理模型为实例,进行了有限元仿真与试验,验证了二截面受压杆法.结果 表明:二截面受压杆法相比试验均方根误差小于0.616 mm;由于两铰点处轴承摩擦的影响,液压缸挠度减小2.8％～9.7％;增设弹簧支撑后,液压缸挠曲形态明显改善,缸尾挠度减小36.1％～61.2％、活塞杆挠度减小41.2％～61.3％.在额定载荷内,自重挠度占比不低于70％,自重是影响液压缸挠度的主要因素.