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钢丝绳力学性能研究的意义

发布时间:2022-02-09 17:21 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

钢丝绳作为矿山提升系统中易损型和易耗型的挠性钢制品,其安全可靠性对于矿山提升系统的安全、高效和稳定具有重要意义。本课题立足钢丝绳使用的实际工况,采用理论、仿真与实


钢丝绳作为矿山提升系统中易损型和易耗型的挠性钢制品,其安全可靠性对于矿山提升系统的安全、高效和稳定具有重要意义。本课题立足钢丝绳使用的实际工况,采用理论、仿真与实验相结合的研究方法对钢丝绳结构特点、几何特性、力学特性和工作特性展开研究工作,主要工作及结论如下:
(1)应用微分几何理论,在空间一次螺旋曲线方程基础上建立了空间曲线Frenet-Serret 标架图,推导出二次挖制钢丝中心轴线即二次螺旋线在平直和弯曲状态下的空间矢量表达式,为钢丝绳几何特性分析、工作特性分析和仿真研究奠定理论基础。
(2)采用空间曲线的曲率和挠率计算方法和应用matlab编程程序,分析了1×3WS钢丝绳和6×36WS+IWRC钢丝绳在平直和弯曲状态下股内钢丝的曲率和挠率大小及分布。结果显示:1×37IWS钢丝绳股内一次捻制钢丝的曲率和挠率在平直状态均为常数,随缠绕半径变化均呈反比例变化,随捻角变化分别呈抛物线和波形分布;在弯曲状态曲率和烧率随旋转角变化均呈周期性波形分布,并且曲率和挠率呈相反趋势变化。
6×36WS+IWRC钢丝绳在平直状态股内二次捻制钢丝的曲率和挠率随旋转角变化均呈周期性波形分布,并且曲率和挠率呈相反趋势变化:弯曲状态下曲率和挠率变化特性类似于平直状态,其大小及分布与绳股弯曲的直径有关。
(3)研究了平直绳股和多股钢丝绳股内钢丝的应力分布,理论推导了一次捻制和二次捻制钢丝拉伸应力和由拉伸产生的附加应力表达式;分析了1×3TWS钢丝绳和6x36WS+IWRC钢丝绳在平直状态下股内钢丝的拉伸和附加应力分布:分析了两种钢丝绳在弯曲状态下股内钢丝的弯曲应力分布。结果显示:1×37TWS钢丝绳在平直状态股内一次捻制钢丝拉伸、弯曲和扭转应力随外部载荷变化均呈线性变化;在弯曲状态弯曲应力随旋转角变化呈周期性波形分布,且与钢丝的空间位置及绳槽直径密切相关。
6×36WS+IWRC钢丝绳在平直状态外股层股内二次捻制钢丝的拉伸应力随外部载荷变化呈线性变化,弯曲和扭转应力随旋转角变化均呈周期性波形分布,并且弯曲和扭转应力变化呈相反趋势变化;在弯曲状态同向捻和交互捻钢丝的弯曲应力靠近绳苍侧面处较大。
(4)有限元法模拟结果显示:1×37IWS钢丝绳股内钢丝在平直状态轴向应力沿钢丝截面呈层状分布,而沿着钢丝绳长度方向呈空间螺旋状分布,靠近股内侧部分呈压缩状态,靠近股外侧部分则呈现拉伸状态;钢丝截面上均存在剪切应力且大小及分布与曲率有关;平直状态在螺旋角相同情况下,变形量从中心丝至第3层钢丝逐渐增大:在弯曲状态下轴向应力和剪切应力的分布与钢丝的空间位置及绳槽直径密切相关,位于滑轮槽上半部分的钢丝层中第3层钢丝的变形量比其它层钢丝的变形量大,并且位于滑轮槽左右两侧钢丝的变形呈对称分布。平直6×36WS+IWRC外股层二次捻制钢丝的捻制方式和空间位置对股内钢丝的应力及变形影响很大;右交互捻和右同向捻钢丝绳二次捻制钢丝的等效应力呈不均匀分布,且最大等效应力随着曲率的变化而变化:右交互捻和右同向捻钢丝绳变形基本相同,同层钢丝变形呈抛物线分布且绳股中离绳芯较近钢丝的变形均大于同层其它钢丝;右同向捻钢丝绳股内钢丝应力、变形及钢丝之间的错动量幅值均大于右交互捻钢丝绳。
(5)对6×7IWR+FC钢丝绳和6×36WS+FC钢丝绳进行了拆股实验,得到了钢丝的破断拉力、弯折次数和扭断次数,数理统计的方法分析结果显示:同向捻制钢丝的破断拉力值、弯折次数值和扭断次数值均值均小于交互捻,并且方差大于交互捻,因此,交互捻制钢丝的力学性能优于同向捻制。


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