針對單股鋼絲繩在服役過程中因絲間接觸引起的失效問題,基于彈性接觸理論和曲桿理論,研究軸向扭轉(zhuǎn)載荷作用下單股鋼絲繩絲間多層耦合接觸性能。首先,綜合考慮泊松比效應和接觸變形等因素,建立具有多層結(jié)構(gòu)的單股鋼絲繩軸向力學性能與絲間接觸性能的數(shù)學模型。其次,采用基于半解析法（SAM）的數(shù)值方案進行耦合求解。半解析法求解過程中,采用共軛梯度法（CGM）和快速傅里葉變換（FFT）求解多層結(jié)構(gòu)單股鋼絲繩絲間接觸壓力、接觸變形及鋼絲內(nèi)部應力,揭示單股鋼絲繩芯絲與內(nèi)層螺旋鋼絲間、內(nèi)外層螺旋鋼絲間的接觸性能參數(shù)隨扭轉(zhuǎn)載荷變化的演變規(guī)律,以及鋼絲繩結(jié)構(gòu)參數(shù)對單股鋼絲繩絲間接觸行為的影響機制。最后,通過與COSTELLO理論計算結(jié)果對比,驗證單股鋼絲繩多層接觸耦合模型的有效性。研究結(jié)果表明:軸向扭轉(zhuǎn)載荷作用下,單股鋼絲繩芯絲與內(nèi)層螺旋鋼絲間、內(nèi)外層螺旋鋼絲間的最大接觸壓力和變形均位于接觸中心,且隨扭轉(zhuǎn)加載進程而呈非線性變化;在大扭轉(zhuǎn)載荷下,內(nèi)層螺旋鋼絲與外層螺旋鋼絲間的接觸區(qū)易先發(fā)生應力屈服;相比于內(nèi)層螺旋鋼絲捻角,外層螺旋鋼絲捻角對單股鋼絲繩內(nèi)部各層絲間的接觸作用影響更加顯著;扭轉(zhuǎn)載荷引起的最大鋼絲應力位于接... 

【文章來源】：中南大學學報(自然科學版). 2020,51(08)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

多層結(jié)構(gòu)單股鋼絲繩幾何特征

相同扭轉(zhuǎn)載荷作用下，外層螺旋鋼絲捻角較大的單股鋼絲繩，其芯絲與內(nèi)層螺旋鋼絲間、內(nèi)-外層螺旋鋼絲間的接觸壓力與變形均較大。然而，內(nèi)層螺旋鋼絲捻角增大反而減小了內(nèi)外層螺旋鋼絲間的接觸變形，可見內(nèi)外層螺旋鋼絲捻角的變化對單股鋼絲繩絲間多層接觸性能具有不同影響。圖8結(jié)果還表明：內(nèi)外層螺旋鋼絲間的點接觸強度并非始終高于芯絲與內(nèi)層螺旋鋼絲間的線接觸強度，對于承受較大扭轉(zhuǎn)載荷且外層螺旋鋼絲捻角較小的單股鋼絲繩，其芯絲與內(nèi)層螺旋鋼絲間的接觸作用更強。由此可知，在鋼絲繩的設計與應用中，應充分考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)和載荷參數(shù)對其服役性能的影響。圖8 螺旋鋼絲捻角對單股鋼絲繩絲間多層耦合接觸性能演變的影響

2 捻角對螺旋鋼絲軸向應變的影響


本文編號：3140142