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鋼絲繩力學(xué)性能研究的意義

發(fā)布時間：2022-02-09 17:21　文章來源：未知　文章作者：admin　點擊數(shù)：

鋼絲繩作為礦山提升系統(tǒng)中易損型和易耗型的撓性鋼制品，其安全可靠性對于礦山提升系統(tǒng)的安全、高效和穩(wěn)定具有重要意義。本課題立足鋼絲繩使用的實際工況，采用理論、仿真與實


鋼絲繩作為礦山提升系統(tǒng)中易損型和易耗型的撓性鋼制品，其安全可靠性對于礦山提升系統(tǒng)的安全、高效和穩(wěn)定具有重要意義。本課題立足鋼絲繩使用的實際工況，采用理論、仿真與實驗相結(jié)合的研究方法對鋼絲繩結(jié)構(gòu)特點、幾何特性、力學(xué)特性和工作特性展開研究工作，主要工作及結(jié)論如下：
（1）應(yīng)用微分幾何理論，在空間一次螺旋曲線方程基礎(chǔ)上建立了空間曲線Frenet-Serret 標(biāo)架圖，推導(dǎo)出二次挖制鋼絲中心軸線即二次螺旋線在平直和彎曲狀態(tài)下的空間矢量表達(dá)式，為鋼絲繩幾何特性分析、工作特性分析和仿真研究奠定理論基礎(chǔ)。
（2）采用空間曲線的曲率和撓率計算方法和應(yīng)用matlab編程程序，分析了1×3WS鋼絲繩和6×36WS+IWRC鋼絲繩在平直和彎曲狀態(tài)下股內(nèi)鋼絲的曲率和撓率大小及分布。結(jié)果顯示：1×37IWS鋼絲繩股內(nèi)一次捻制鋼絲的曲率和撓率在平直狀態(tài)均為常數(shù)，隨纏繞半徑變化均呈反比例變化，隨捻角變化分別呈拋物線和波形分布；在彎曲狀態(tài)曲率和燒率隨旋轉(zhuǎn)角變化均呈周期性波形分布，并且曲率和撓率呈相反趨勢變化。
6×36WS+IWRC鋼絲繩在平直狀態(tài)股內(nèi)二次捻制鋼絲的曲率和撓率隨旋轉(zhuǎn)角變化均呈周期性波形分布，并且曲率和撓率呈相反趨勢變化：彎曲狀態(tài)下曲率和撓率變化特性類似于平直狀態(tài)，其大小及分布與繩股彎曲的直徑有關(guān)。
（3）研究了平直繩股和多股鋼絲繩股內(nèi)鋼絲的應(yīng)力分布，理論推導(dǎo)了一次捻制和二次捻制鋼絲拉伸應(yīng)力和由拉伸產(chǎn)生的附加應(yīng)力表達(dá)式；分析了1×3TWS鋼絲繩和6x36WS+IWRC鋼絲繩在平直狀態(tài)下股內(nèi)鋼絲的拉伸和附加應(yīng)力分布：分析了兩種鋼絲繩在彎曲狀態(tài)下股內(nèi)鋼絲的彎曲應(yīng)力分布。結(jié)果顯示：1×37TWS鋼絲繩在平直狀態(tài)股內(nèi)一次捻制鋼絲拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力隨外部載荷變化均呈線性變化；在彎曲狀態(tài)彎曲應(yīng)力隨旋轉(zhuǎn)角變化呈周期性波形分布，且與鋼絲的空間位置及繩槽直徑密切相關(guān)。
6×36WS+IWRC鋼絲繩在平直狀態(tài)外股層股內(nèi)二次捻制鋼絲的拉伸應(yīng)力隨外部載荷變化呈線性變化，彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力隨旋轉(zhuǎn)角變化均呈周期性波形分布，并且彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力變化呈相反趨勢變化；在彎曲狀態(tài)同向捻和交互捻鋼絲的彎曲應(yīng)力靠近繩蒼側(cè)面處較大。
（4）有限元法模擬結(jié)果顯示：1×37IWS鋼絲繩股內(nèi)鋼絲在平直狀態(tài)軸向應(yīng)力沿鋼絲截面呈層狀分布，而沿著鋼絲繩長度方向呈空間螺旋狀分布，靠近股內(nèi)側(cè)部分呈壓縮狀態(tài)，靠近股外側(cè)部分則呈現(xiàn)拉伸狀態(tài)；鋼絲截面上均存在剪切應(yīng)力且大小及分布與曲率有關(guān)；平直狀態(tài)在螺旋角相同情況下，變形量從中心絲至第3層鋼絲逐漸增大：在彎曲狀態(tài)下軸向應(yīng)力和剪切應(yīng)力的分布與鋼絲的空間位置及繩槽直徑密切相關(guān)，位于滑輪槽上半部分的鋼絲層中第3層鋼絲的變形量比其它層鋼絲的變形量大，并且位于滑輪槽左右兩側(cè)鋼絲的變形呈對稱分布。平直6×36WS+IWRC外股層二次捻制鋼絲的捻制方式和空間位置對股內(nèi)鋼絲的應(yīng)力及變形影響很大；右交互捻和右同向捻鋼絲繩二次捻制鋼絲的等效應(yīng)力呈不均勻分布，且最大等效應(yīng)力隨著曲率的變化而變化：右交互捻和右同向捻鋼絲繩變形基本相同，同層鋼絲變形呈拋物線分布且繩股中離繩芯較近鋼絲的變形均大于同層其它鋼絲；右同向捻鋼絲繩股內(nèi)鋼絲應(yīng)力、變形及鋼絲之間的錯動量幅值均大于右交互捻鋼絲繩。
（5）對6×7IWR+FC鋼絲繩和6×36WS+FC鋼絲繩進(jìn)行了拆股實驗，得到了鋼絲的破斷拉力、彎折次數(shù)和扭斷次數(shù)，數(shù)理統(tǒng)計的方法分析結(jié)果顯示：同向捻制鋼絲的破斷拉力值、彎折次數(shù)值和扭斷次數(shù)值均值均小于交互捻，并且方差大于交互捻，因此，交互捻制鋼絲的力學(xué)性能優(yōu)于同向捻制。