单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究

发布时间：2021-04-15 21:50

　　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... 

【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

多层结构单股钢丝绳几何特征

相同扭转载荷作用下，外层螺旋钢丝捻角较大的单股钢丝绳，其芯丝与内层螺旋钢丝间、内-外层螺旋钢丝间的接触压力与变形均较大。然而，内层螺旋钢丝捻角增大反而减小了内外层螺旋钢丝间的接触变形，可见内外层螺旋钢丝捻角的变化对单股钢丝绳丝间多层接触性能具有不同影响。图8结果还表明：内外层螺旋钢丝间的点接触强度并非始终高于芯丝与内层螺旋钢丝间的线接触强度，对于承受较大扭转载荷且外层螺旋钢丝捻角较小的单股钢丝绳，其芯丝与内层螺旋钢丝间的接触作用更强。由此可知，在钢丝绳的设计与应用中，应充分考虑结构参数和载荷参数对其服役性能的影响。图8 螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能演变的影响

2 捻角对螺旋钢丝轴向应变的影响


本文编号：3140142