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。     

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。     

钢丝绳三维有限元建模及静态拉伸应力状态分析

钢丝绳由多根高强度钢丝捻制而成,具有强度高、柔性好、承载力强等特点,在矿山、码头、交通等领域得到了广泛的应用.根据钢丝绳的几何结构特点,建立了 7×7交互捻的钢丝绳三维有限元模型,并分析了钢丝直径、中心股捻距、外层股捻距和整绳捻距对钢丝绳周期性的影响.采用ANSYS进行优化参数的有限元模型进行静态拉伸载荷下的应力-应变...     

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。     

Augmented Lagrange方法在钢丝绳捻制成形摩擦接触数值模拟中的应用

钢丝绳中金属线间接触摩擦会影响捻制成形加工应力和结构强度。在经典的Coulom摩擦理论的基础上,本文采用AugmentedLagrange方法计算钢丝绳捻制过程中的法向接触力和摩擦接触力,并应用radial return径向回映法修正摩擦接触力试算值。以钢丝绳一次捻制成形过程为例,分析并讨论了摩擦系数和自扭转系数对接触应力和加工应力应变的影响,为钢丝绳成形工艺和结构强度的合理设计提供依据。     

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.     

Augmented Lagrange方法在钢丝绳捻制成形磨擦接触数值模拟中的应用

钢丝绳中金属线间接触摩擦会影响捻制成形加工应力和结构强度.在经典的Coulom摩擦理论的基础上,本文采用Augmented Lagrange方法计算钢丝绳捻制过程中的法向接触力和摩擦接触力,并应用radial-return径向回映法修正摩擦接触力试算值.以钢丝绳一次捻制成形过程为例,分析并讨论了摩擦系数和自扭转系数对接触应力和加工应力应变的影响,为钢丝绳成形工艺和结构强度的合理设计提供依据.     

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。     

客运索道钢丝绳使用寿命的探讨

<正>客运索道钢丝绳有承载索(包括信号缆自承载)、牵引索、平衡索、运载索、张紧索、悬索、锚固索等。钢丝绳是索道的生命线,必须保证万无一失,钢丝绳的推荐寿命基本来自于实验室数据和经验值。钢丝绳的使用寿命不仅取决于制绳钢丝的质量、股和绳的捻制质量、润滑材料及绳芯材料的     

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.     

Bending fatigue characteristics of wire rope

Wire rope in elevators can become disconnected by tensile stress from friction between the rope and sheave, and by repeated stress including bending stress from various effects formed during contact between the rope and sheave. It is known that in designing wire rope, its strength is affected when wire disconnection occurs. However, insufficient related data is available. Therefore, fracture strength reduction and the effect of bending fatigue on wire rope life is difficult to evaluate. We considered the effects of wire rope diameter and tensile stress on fracture strength and wire rope life. We observed that fracture strength rapidly decreased when bending fatigue accumulated at the same time that the wire became disconnected. Moreover, bending fatigue was shown to be a crucial factor in decreased wire rope life.     

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。     

捻距单股钢丝绳侧丝与股芯的应力场研究

基于SolidWorks-Ansys平台,以IWRC1×7线接触单股钢丝绳为研究对象,在侧丝与股芯之间建立一种新的凹凸匹配小面接触模型,对已建立的有限元模型施加合适的边界条件和载荷,对奇偶捻距侧丝以及多捻距侧丝与股芯进行应力场分析,从而得到侧丝以及绳股在单向拉伸载荷作用下各自的应力场分布。分析表明:捻距数目为偶数的侧丝应力集中的最大应力值要小于捻距数目为奇数侧丝的最大应力值;多捻距单股钢丝绳应力最大值发生在施加载荷端第一个捻距中部,一个捻距的应力最大值明显大于多个捻距的应力最大值,并且随着捻距数目的增加,最大接触应力值成波浪式下降趋势。     

钢丝绳弱磁探伤数值模拟及实验研究

在对绞线钢丝绳3D建模的基础上,采用有限元技术,分析了弱磁励磁状态下,钢丝绳复杂表面的磁场分布;对钢丝绳周围空气中的漏磁场矢量进行了仿真,研究了缺陷对钢丝绳表面及空间漏磁场分布的影响。仿真分析结果表明:在无缺陷状态下,钢丝绳周边空气中的漏磁场分布与其绳股形状相对应,其圆周方向的漏磁场呈周期性变化,周期为绳股节距;当缺陷存在时,漏磁场分布的周期性被破坏,且幅值大幅增加。依据理论分析结果,搭建了基于弱磁励磁的钢丝绳无损探伤实验平台,得到了不同断丝缺陷的漏磁场实测波形,实验结果验证了仿真分析结果的正确性。     

钢丝绳中缺陷的描述方法

研究钢丝绳及钢丝绳中缺陷的描述方法.基于对钢丝绳结构和承载特性的分析,提出一个描述钢丝绳结构的矢量,这个矢量由6个结构参数构成,它们是股层号、股号、股的旋转角(简称股旋角)、钢丝层号、钢丝号和钢丝的旋转角(简称丝旋角).为了引申出缺陷的描述方法,定义钢丝绳中距离的广义度量;定义钢丝、钢丝绳、断丝和磨损,钢丝用8个参数描述,它们是上述的6个结构参数和新增加的两个参数,新增加的两个参数是丝旋角变动和钢丝直径;钢丝绳定义成钢丝的集合;断丝用上述的6个结构参数和新增加的两个参数描述,新增加的两个参数是断口宽度和钢丝直径;磨损用上述的6个结构参数和新增加的两个参数描述,新增加的两个参数是丝旋角变动和磨损比.以密封钢丝绳和六股钢丝绳为例,说明该描述方法的应用.实例表明,在新描述方法的支持下,钢丝绳中的缺陷可以被抽象地用数学语言进行描述.     

A concise finite element model for simple straight wire rope strand

Due to its complex geometry, a wire in a rope is subjected to the combined effects of tension, shear, bending, torsion, contact, friction and possible local plastic yielding when loaded. In this paper an accurate and general strand model using the finite element method (FEM) is presented. The model is capable of taking into account all the above effects and has been successfully used to predict the global behaviour of simple straight wire rope strand as well as the stress distribution within the wires under axial loads (tensile and torsional). In simplifying the finite element model, precise boundary conditions were developed. The finite element analysis results showed excellent agreement with the analytical theory of Costello and the experimental results of Utting and Jones. By using the model developed in this paper, localised highly non-linear phenomena such as contact stress, residual stress, friction and plastic deformation can be studied effectively.     

Curvature effects on contact position of wire strands

The shape of a wire strand section in a wire rope cross-section is usually assumed elliptical, and the analysis of contact between strands is based upon such assumption. This assumption is valid for large helix angles or when the strands are nearly parallel to the rope axis, but considerable errors can result when the helix angle is small.In this paper, the true geometric shape of the strand section is obtained and the curvature effect on the contact position between strands is discussed.     

基于二维DFT的钢丝绳局部缺陷检测方法

漏磁检测方法广泛应用于钢丝绳无损检测场景中,但受检测环境和绳股结构影响,往往难以直接从漏磁信号中提取缺陷特征。文中提出一种基于二维离散傅里叶变换的局部缺陷检测方法,利用环形霍尔传感器阵列采集钢丝绳的径向漏磁场,采用通道均衡及通道插值方法将漏磁信号转换为二维漏磁图像进行处理。对漏磁图像进行二维离散傅里叶变换（Two-dimensional Discrete Fourier Transform, 2D-DFT）,并采用2D-DFT分析其频域特征,通过设置滤波器抑制漏磁图像中的股波及其他低频噪声信号。最后设置阈值获取二值化图像,提升局部缺陷的对比度,提取损伤特征并定位损伤位置。与基于一维离散傅里叶变换及基于斜向重采样的处理方法的对比结果表明,该方法更能有效抑制漏磁图像中的股波噪声,提升处理速度,识别钢丝绳局部损伤位置,为钢丝绳的局部缺陷检测提供了一种新的解决途径。