A concise finite element model for three-layered straight wire rope strand

A concise finite element model (FEM) of three-layered straight helical wire rope strand under axial loads (tensile and torsional) is presented in this paper. Three-dimensional solid elements were used for structural discretization. The helical symmetry of the strand was used to establish accurate boundary conditions. Contact, friction and plastic yielding were also taken into account. For the global behaviour of wire rope strand, i.e. load vs. strain and load vs. torque (fixed-end) or load vs. strand twist rate (free-end), the finite element results showed better agreement with the experimental results of Utting and Jones (Journal of Strain Analysis for Engineering Design 1988;23(2):79–86) than those calculated using the analytical strand model of Costello (Theory of Wire Rope, 2nd ed. New York: Springer, 1997). In addition, the FE model allows the localised stress distribution to be determined. In particular, this model reveals the non-uniform stress distribution in the outer layer helical wires caused by the trellis point contact. This is particularly relevant in the fixed-end case, where the present analysis predicts an axial tensile rigidity in good agreement with the experimental observations (Utting and Jones), whereas Costello’s model predicts a significantly higher rigidity.     

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。     

A concise finite element model for pure bending analysis of simple wire strand

A concise finite element model for simple wire strand under pure bending is presented in this paper. Accurate bending symmetric boundary condition has been developed and applied to the periodic artificial cross-sectional end boundaries of the wire strand finite element model. To achieve better analysis accuracy, full three-dimensional solid elements were used for structural discretization. For the global behaviour of the wire strand, i.e. bending moment vs. bending curvature, the finite element results showed good agreement with the analytical elastic strand model of Costello (Theory of wire rope, 2nd ed. New York: Springer-Verlag; 1997) in elastic loading regime. Furthermore, the finite element model can predict the detailed progressive nonlinear plastic behaviour of the wire strand.     

集装箱起重机钢丝绳的选用

钢丝绳是集装箱起重机使用中的主要绕性构件,根据起重机的工作级别、工作载荷、滑轮和滚筒的技术参数、合理选择钢丝绳的直径、结构形式和公称抗拉强度,对保证集装箱起重机安全、经济、高效的生产作业是十分重要的。     

装船机俯仰钢丝绳更换新技术

通过对装船机设备状况的研究分析,提出了一种更换钢丝绳的新技术,使更换过程更安全、更可控,缩短了更换时间,节约了项目费用,经济效益显著.     

Elasto-plastic contact problem of laying wire rope using FE analysis

The three-dimensional elasto-plastic contact model, formulated with variational equalities, has been described for laying wire rope in this paper. The augmented Lagrangian multiplier method has been applied to calculate both the normal contact force and friction contact force, and the radial return mapping algorithm has been employed to handle stick/slip phases of friction. With a graphical user interface (GUI), a program for calculating boundary conditions of a three-dimensional finite element modelling is developed to create external files, which are in the format of the ANSYS parametric design language (APDL) and the external files can be accessed by ANSYS for nonlinear analysis. FE simulation of a simple wire strand has been given and the effects of friction coefficient and self-rotating ratio on the contact stress have been analysed. Also the effects of them on the forming stress and strain have been discussed.     

从SCC4000履带式起重机小钩钢丝绳乱绳现象谈钢丝绳排列问题

起重机械钢丝绳排列不齐问题一直是全世界起重机械的通病,钢丝绳排列问题涉及的因素很多,特别是在起重机械安装、拆卸、工况变换过程中,由于钢丝绳在不受力的情况下卷入卷筒,导致起升钢丝绳排列不齐或者虚排,钢丝绳吊物受力后就会发生嵌层现象,导致钢丝绳挤压、磨损,影响使用寿命,甚至引起钢丝绳断裂,危及安全并导致事故。文中以三一SCC4000履带式起重机小钩钢丝绳排列为例,分析钢丝绳排列不齐的原因、提出有效的解决措施,为各类起重机械卷筒钢丝绳排列提供借鉴。     

TWRD-Net:一种用于曳引钢丝绳缺陷的实时检测网络算法

曳引钢丝绳(TWR)在大型工业起重设备中发挥着重要的应用价值。 在使用曳引钢丝绳作业的同时,也需要定期对曳引钢丝绳进行缺陷诊断避免安全事故发生。 传统方法是人工目测方法,但该种方法检测时间长、效率低下。 因此,本文提出了一种基于 YOLOv5 改进网络的曳引钢丝绳缺陷(TWRD)检测的网络算法,简称 TWRD-Net。 为了方便在算力较低的工业设备上进行部署,首先设计了轻量级的 LW-C3 模块,降低了模型的参数量以及计算开销;其次,改进 PAN 结构,设计了跨层级加权特征金字塔网络(CLW-FPN)结构,加强模型对于缺陷语义信息的提取、对缺陷位置信息的敏感度;最后,本文设计了 β-CIoU 损失函数,相较于 CIoU 损失函数, β-CIoU 降低了边界框回归损失,并进一步提升了检测精度。 本文建立了 TWRD 数据集,并使用TWRD-Net 进行实验,实验结果表明,本文提出的 TWRD-Net 准确率可达 98% ,mAP 可达 99. 4% ,帧率可达 151 fps,对比其他主流检测模型实验结果,具有精度高、体积小和检测速度快的优势,可为工业设备质检人员提供参考依据。     

以ADAMS为平台的钢丝绳动张力仿真分析

针对虚拟样机技术环境中现有钢丝绳建模仿真的缺陷,利用ADAMS软件二次开发功能,构建钢丝绳机构仿真模型,分析其仿真速度受约束的原因,并运用脚本仿真控制方式实现仿真速度的优化.该模型的可靠性和有效性通过钢丝绳动力特性分析予以验证.最后结合挖泥船抓斗机的动态特性分析实例,进一步说明该模型能为抓斗机的设计提供理论依据.     

钢丝滚道球轴承的点接触问题有限元仿真

以某型飞行器三轴仿真转台主轴轴系中的钢丝滚道球轴承为例,通过ANSYS对该滚珠．滚道间的非协调性接触问题进行有限元建模与仿真,发现最大接触应力发生在钢丝滚道的表面,而滚珠的最大接触应力发生在其接触面正下方短距离内。有限元分析结果有力地阐明了点蚀易在钢丝滚道接触表面形成并逐渐扩展的机理。本文的工作为进一步开展钢丝滚道的点蚀及磨损的实验研究提供了理论依据。     

斜井提升钢丝绳日常检查新方法

介绍了一种日检钢丝绳的新方法,分析了该方法的优、缺点及应用注意事项。这种日检方法具有操作简单、检测费用低、缺陷检测全面、劳动强度降低、查绳速度快、不易漏检缺陷等特点,适用范围广。     

钢丝绳整绳拉力自动测量系统的开发

通过多个液压千斤顶同步顶升实现对大吨位钢丝绳整绳的实际承载力的检测。检测以工控机为核心,基于现场总线技术,对压力传感器、位移传感器和超高压电磁阀等设备进行网络监控,并应用面向对象的编程方法开发了控制软件。解决了大吨位钢丝绳整绳的实际承载力和钢丝绳压扣质量无法检测的问题。     

液动压悬浮抛光中磨粒与工件表面作用的数值模拟研究

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相磨粒与工件表面撞击的过程中,对磨粒以不同的速度和不同的角度撞击工件表面后残余应力沿工件深度方向的分布规律进行了研究,利用ABAQUS软件建立了单颗磨粒撞击工件表面的三维有限元模型。对磨粒流撞击工件表面时的速度场进行了输出,利用PFC/3D软件建立了磨粒流撞击工件表面的三维离散元模型。研究结果表明:随着撞击角度和速度的增大,在工件表层形成的压应力场会增大,沿深度方向残余应力值急剧下降,磨粒流中磨粒间的撞击对磨粒撞击工件表面的速度场影响不大。     

等截面叶片钢板弹簧的有限元分析

钢板弹簧在装配和承载时,叶片之间存在摩擦力,采用传统的基于材料力学的计算公式无法考虑片间摩擦力的影响。本文应用有限元方法,考虑钢板弹簧装配和承载时各叶片之间的非线性摩擦力以及几何非线性,对某等截面叶片钢板弹簧的刚度及应力进行了计算并对结果进行了分析。     

有限元法在液压缸Y形密封圈接触应力分析中的应用

应用有限单元方法计算了Y形密封圈在不同工作压力下的变形、应力及其分布情况,获得了该型密封圈与液压缸 筒接触面之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。此有限元法为各类密封圈接触应力研究提供了 一行之有效的方法,其结果对密封圈密封机理的研究提供了计算依据。     

起重机钢丝绳关键部位磨损失效机理研究

针对现有起重机钢丝绳的失效形式,从处于负载工作状态钢丝绳的三个关键部位-自由段、与滑轮接触啮合段和滚筒缠绕段-分析钢丝绳的受力状况,尤其分析钢丝绳受到的挤压力和摩擦力,导出钢丝绳内股与股和丝与丝之间、钢丝绳与滑轮之间、钢丝绳与滚筒上缠绕钢丝绳之间的摩擦磨损机理,为实际工作提供了指导的理论依据。     

核电站环行起重机钢丝绳缠绕系统分析

介绍了在设计核电站环行起重机钢丝绳交叉缠绕系统时应该考虑的问题,对钢丝绳安全系数的选取以及起升垂直度控制、吊装盲区的消除措施等进行了详细分析,以保证钢丝绳缠绕系统的安全和满足特殊吊装工艺需求。     

应用数字图像处理技术检测塔式起重机钢丝绳的损伤

介绍1种采用数字图像处理实现塔式起重机钢丝绳损伤检测的新方法,对采集到的钢丝绳图像进行预处理以减少噪声的污染和影响,根据损伤钢丝绳的特征对预处理的图像进行分割,对图像进行数学形态学处理并判断钢丝绳是否存在损伤。     

一种钢丝绳断丝无损定量检测方法木

钢丝绳已广泛应用于电梯、起重机械、客运索道等相关行业,由其断丝、磨损等缺陷所引起的安全问题备受人们关注.采用低频透射式电涡流检测方法,设计一个探头沿径向对称布置的可调整式环形涡流探伤装置,克服了提离效应、边缘效应以及集肤效应对检测系统的影响.选取感应信号相对于激励信号的峰-峰值差和相位差作为特征量,采用数字式峰-峰值算法和占空比原理计算信号特征量.针对钢丝绳电涡流无损定量检测系统,采用断丝数量和断丝位置表征断丝缺陷,建立断丝缺陷与特征量、传感器参数、钢丝绳特性以及后两者间相对关系的广义甬数模型,通过最小二乘拟合法确定系统函数模型,结合空间等间隔采样技术定量分析断丝缺陷,并探讨了此检测系统相关参数的确定.设计了一套以计算机为核心的无损检测系统,针对自制钢丝绳进行实验研究.实验结果表明特征量确定合理、提取方法合适、广义函数模型有效、系统总体方案可行,为钢丝绳电涡流无损定量检测系统的实现和推广奠定了基础.     

超磁致伸缩驱动器及有限元分析方法的研究

新型超磁致伸缩材料TbDyFe具有输出力大、位移分辨力高及位移范围大等特点,将其应用于微位移驱动器中,将极大的提高驱动器的性能指标,从而推动超精加工技术的发展.文中介绍了应用超磁致伸缩材料研制的驱动器的结构及性能,并利用有限元方法对建立磁-机械耦合模型进行分析,以利于计算机的模拟仿真,对驱动器进行分析及设计.