本文關(guān)鍵詞：直線段鋼絲繩的力學(xué)模型研究和數(shù)值分析

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【摘要】：鋼絲繩幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在受載條件下出現(xiàn)高度非線性響應(yīng)。鋼絲繩研究領(lǐng)域中的各個方向都是國內(nèi)外學(xué)者探討的熱點(diǎn)。對鋼絲繩基礎(chǔ)力學(xué)模型的研究和對鋼絲繩的數(shù)值分析能有效地為分析、設(shè)計鋼絲繩和制定鋼絲繩換繩準(zhǔn)則提供理論依據(jù),有重要的研究意義。本文首先引入了新表達(dá)形式對加載前和加載后的鋼絲的變形進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,將新表達(dá)方式與對曲線描述的傳統(tǒng)常用方法進(jìn)行對比,并在此基礎(chǔ)上建立了鋼絲受載后的平衡方程。將反映變形的表達(dá)式與載荷建立關(guān)系,在考慮繩股的兩種不同的加載條件下,利用平衡方程來推導(dǎo)完整的數(shù)學(xué)模型,可為鋼絲繩理論研究、鋼絲繩設(shè)計和其他模型的驗證提供一定理論基礎(chǔ)。其次,通過對比國內(nèi)外對鋼絲繩幾何建模的方法,推導(dǎo)普通直線段鋼絲繩的參數(shù)方程,進(jìn)而推導(dǎo)股內(nèi)側(cè)絲與股中心絲的接觸線方程;描繪股繞成繩后股內(nèi)側(cè)絲捻角的變化規(guī)律;揭示股繞成繩時側(cè)股內(nèi)側(cè)絲繞側(cè)股中心絲公轉(zhuǎn)的現(xiàn)象;利用直線段鋼絲繩的參數(shù)方程,在UG中建立鋼絲繩三維模型,并利用幾何特性調(diào)整建模精度以及驗證三維模型的正確性。再次,在計算機(jī)3D建模的基礎(chǔ)上,利用Patran軟件設(shè)計了針對1×6直線段鋼絲繩股和IWRC獨(dú)立繩芯鋼絲繩的有限元模型,利用Nastran進(jìn)行了有限元分析計算,計算中考慮了一端固定、一端軸向旋轉(zhuǎn)固定(fixed-end)情況下鋼絲繩的載荷與應(yīng)變的關(guān)系和股內(nèi)各鋼絲分載荷情況;對比有限元分析結(jié)果、理論計算結(jié)果和實(shí)驗數(shù)據(jù),三者間誤差均在容許范圍內(nèi),驗證了有限元模型的有效性。最后,給出了直線段6?19西魯式(Seale)鋼絲繩整繩應(yīng)變、繩內(nèi)股應(yīng)變和股內(nèi)絲應(yīng)變的相互關(guān)系,它們?yōu)閷?shí)現(xiàn)鋼絲繩參數(shù)的全局優(yōu)化提供了數(shù)學(xué)模型;基于工況選擇了合適的優(yōu)化目標(biāo)和限制條件,并給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型;針對在優(yōu)化過程中部分表達(dá)式復(fù)雜,且不能被顯示出來的情況,提出了一種有效的處理方法;優(yōu)化過程中也討論了全局優(yōu)化和局部優(yōu)化;利用Matlab計算軟件,實(shí)現(xiàn)了不同的優(yōu)化過程,且計算出了各種分析結(jié)果來驗證優(yōu)化過程的有效性。
【關(guān)鍵詞】：鋼絲繩 力學(xué)模型 幾何特性 三維建模 有限元分析 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：五邑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG356.45
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 變量注釋表9-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題研究背景11-14
• 1.2.1 課題的研究背景11-13
• 1.2.2 課題的研究目的13
• 1.2.3 課題的研究意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 鋼絲繩繩股內(nèi)鋼絲的力學(xué)研究18-27
• 2.1 鋼絲的受力分析18-24
• 2.1.1 鋼絲變形的新表述18-20
• 2.1.2 平衡方程的建立20-24
• 2.2 簡單直繩股在不同載荷情況下鋼絲的數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.2.1 簡單直繩股只受軸向拉力與扭矩24-25
• 2.2.2 簡單直繩股受彎矩25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 直線段鋼絲繩的幾何特性研究27-35
• 3.1 鋼絲繩內(nèi)各種鋼絲的中心線參數(shù)方程27-29
• 3.2 IWRC鋼絲繩內(nèi)鋼絲間的接觸線參數(shù)方程29-31
• 3.3 股繞成繩時股內(nèi)側(cè)絲的捻角變化規(guī)律31-32
• 3.4 股繞成繩時側(cè)股內(nèi)側(cè)絲繞中心絲公轉(zhuǎn)的現(xiàn)象32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-35
• 第四章 直線段鋼絲繩有限元建模與分析35-42
• 4.1 鋼絲繩有限元分析前處理36-38
• 4.2 有限元分析結(jié)果說明38-40
• 4.3IWRC鋼絲繩有限元分析40
• 4.4 本章小結(jié)40-42
• 第五章 6×19 Seale鋼絲繩的參數(shù)優(yōu)化42-60
• 5.1 6×19 Seale鋼絲繩在受載后繩內(nèi)鋼絲間的應(yīng)變關(guān)系42-47
• 5.1.1 中心股內(nèi)鋼絲的應(yīng)變關(guān)系43-44
• 5.1.2 第一層側(cè)股內(nèi)鋼絲的應(yīng)變關(guān)系44
• 5.1.3 第二層側(cè)股內(nèi)鋼絲的應(yīng)變關(guān)系44-47
• 5.2 鋼絲繩參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型47-52
• 5.2.1 優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型47-50
• 5.2.2 限制條件的數(shù)學(xué)模型50-52
• 5.3 參數(shù)優(yōu)化方法52-54
• 5.3.1 復(fù)雜表達(dá)式的處理52-53
• 5.3.2 局部優(yōu)化和全局優(yōu)化53-54
• 5.4 優(yōu)化結(jié)果54-59
• 5.4.1 使用不同模型來優(yōu)化自生轉(zhuǎn)矩54
• 5.4.2 對自生轉(zhuǎn)矩的全局優(yōu)化54-57
• 5.4.3 靈敏度分析57-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論與展望60-62
• 1 結(jié)論60-61
• 2 論文不足之處61
• 3 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文66-67
• 致謝67

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王世文,馮繼玲,楊兆建,陣風(fēng)林;彈性鋼絲繩理論研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;1999年04期

2 王世文,馮繼玲,賈喜榮,姚學(xué)峰;鋼絲繩模型比較研究[J];力學(xué)與實(shí)踐;2000年05期

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本文編號：879039