直线段钢丝绳的力学模型研究和数值分析

发布时间：2017-09-19 02:46

  本文关键词：直线段钢丝绳的力学模型研究和数值分析

  更多相关文章： 钢丝绳 力学模型 几何特性 三维建模 有限元分析 参数优化

【摘要】：钢丝绳几何结构复杂,在受载条件下出现高度非线性响应。钢丝绳研究领域中的各个方向都是国内外学者探讨的热点。对钢丝绳基础力学模型的研究和对钢丝绳的数值分析能有效地为分析、设计钢丝绳和制定钢丝绳换绳准则提供理论依据,有重要的研究意义。本文首先引入了新表达形式对加载前和加载后的钢丝的变形进行数学描述,将新表达方式与对曲线描述的传统常用方法进行对比,并在此基础上建立了钢丝受载后的平衡方程。将反映变形的表达式与载荷建立关系,在考虑绳股的两种不同的加载条件下,利用平衡方程来推导完整的数学模型,可为钢丝绳理论研究、钢丝绳设计和其他模型的验证提供一定理论基础。其次,通过对比国内外对钢丝绳几何建模的方法,推导普通直线段钢丝绳的参数方程,进而推导股内侧丝与股中心丝的接触线方程;描绘股绕成绳后股内侧丝捻角的变化规律;揭示股绕成绳时侧股内侧丝绕侧股中心丝公转的现象;利用直线段钢丝绳的参数方程,在UG中建立钢丝绳三维模型,并利用几何特性调整建模精度以及验证三维模型的正确性。再次,在计算机3D建模的基础上,利用Patran软件设计了针对1×6直线段钢丝绳股和IWRC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,计算中考虑了一端固定、一端轴向旋转固定(fixed-end)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数据,三者间误差均在容许范围内,验证了有限元模型的有效性。最后,给出了直线段6?19西鲁式(Seale)钢丝绳整绳应变、绳内股应变和股内丝应变的相互关系,它们为实现钢丝绳参数的全局优化提供了数学模型;基于工况选择了合适的优化目标和限制条件,并给出了相应的数学模型;针对在优化过程中部分表达式复杂,且不能被显示出来的情况,提出了一种有效的处理方法;优化过程中也讨论了全局优化和局部优化;利用Matlab计算软件,实现了不同的优化过程,且计算出了各种分析结果来验证优化过程的有效性。
【关键词】：钢丝绳 力学模型 几何特性 三维建模 有限元分析 参数优化
【学位授予单位】：五邑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG356.45
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 变量注释表9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题研究背景11-14
• 1.2.1 课题的研究背景11-13
• 1.2.2 课题的研究目的13
• 1.2.3 课题的研究意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第二章 钢丝绳绳股内钢丝的力学研究18-27
• 2.1 钢丝的受力分析18-24
• 2.1.1 钢丝变形的新表述18-20
• 2.1.2 平衡方程的建立20-24
• 2.2 简单直绳股在不同载荷情况下钢丝的数学模型24-26
• 2.2.1 简单直绳股只受轴向拉力与扭矩24-25
• 2.2.2 简单直绳股受弯矩25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 直线段钢丝绳的几何特性研究27-35
• 3.1 钢丝绳内各种钢丝的中心线参数方程27-29
• 3.2 IWRC钢丝绳内钢丝间的接触线参数方程29-31
• 3.3 股绕成绳时股内侧丝的捻角变化规律31-32
• 3.4 股绕成绳时侧股内侧丝绕中心丝公转的现象32-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 直线段钢丝绳有限元建模与分析35-42
• 4.1 钢丝绳有限元分析前处理36-38
• 4.2 有限元分析结果说明38-40
• 4.3IWRC钢丝绳有限元分析40
• 4.4 本章小结40-42
• 第五章 6×19 Seale钢丝绳的参数优化42-60
• 5.1 6×19 Seale钢丝绳在受载后绳内钢丝间的应变关系42-47
• 5.1.1 中心股内钢丝的应变关系43-44
• 5.1.2 第一层侧股内钢丝的应变关系44
• 5.1.3 第二层侧股内钢丝的应变关系44-47
• 5.2 钢丝绳参数优化的数学模型47-52
• 5.2.1 优化目标的数学模型47-50
• 5.2.2 限制条件的数学模型50-52
• 5.3 参数优化方法52-54
• 5.3.1 复杂表达式的处理52-53
• 5.3.2 局部优化和全局优化53-54
• 5.4 优化结果54-59
• 5.4.1 使用不同模型来优化自生转矩54
• 5.4.2 对自生转矩的全局优化54-57
• 5.4.3 灵敏度分析57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论与展望60-62
• 1 结论60-61
• 2 论文不足之处61
• 3 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士期间发表论文66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王世文,冯继玲,杨兆建,阵风林;弹性钢丝绳理论研究进展[J];力学进展;1999年04期

2 王世文,冯继玲,贾喜荣,姚学峰;钢丝绳模型比较研究[J];力学与实践;2000年05期

，

本文编号：879039