IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
钢丝绳力学建模及损伤失效机理研究
Alternative TitleMechanical Modeling of Wire Ropes and Study on Their Damage and Failure Mechanism
向亮
Thesis Advisor汪海英
2017
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline固体力学
Abstract钢丝绳是工程实际中常用的承力构件,一旦发生断裂,往往造成重大的生产事故。常见的多股钢丝绳具有多层次螺旋结构,其力学特性不同于常见工程构件,表现出拉-弯-扭共同作用与多体接触的耦合响应,在实际循环载荷作用下,钢丝绳会发生疲劳、磨损等多种失效形式,目前尚无可靠的理论能准确预测其服役寿命。本文围绕钢丝绳力学特性及损伤失效机理,开展了一系列的研究。 建立了考虑多股钢丝绳双螺旋钢丝局部变形的弹性理论模型。模型基于钢丝的平衡方程和钢丝中心线的几何描述,有助于帮助理解钢丝的变形行为。同时将模型推广到了弹塑性阶段,用于绳内钢丝的屈服和破坏分析。通过与已有模型和实验结果的对比,验证了模型的可靠性。所建立的模型能快速得到钢丝绳整体响应,预测钢丝绳的内部应力水平。 研究了各种因素对钢丝绳力学响应的影响,发现摩擦对钢丝绳整体响应作用不大,却可能极大的改变钢丝局部变形行为。交互捻钢丝绳的反作用扭矩较小,整体响应较顺捻钢丝绳有利,但其局部钢丝变形却比较剧烈,应力分布不均匀。钢丝绳的旋转会提高其整体应力水平,导致钢丝屈服和破坏的提前发生;但限制其扭转会使钢丝绳收紧,增大钢丝间的局部接触应力。适当增大捻角有助于减小单股钢丝绳的接触水平,同时选用纤维绳芯钢丝绳能规避掉中心股的提前破坏。 开展了钢丝绳拉-拉疲劳实验,发现裂纹扩展阶段占钢丝疲劳寿命的主要部分,同时钢丝表面有多条微裂纹共同演化。钢丝最终在裂纹聚集或单个裂纹扩展到临界值时发生断裂。钢丝间的接触是引起钢丝绳发生破坏的主要因素。接触会造成钢丝局部应力的提高,引起表面的损伤,同时在钢丝接触背面形成额外的轴向应力,使疲劳裂纹易于形成和扩展,加速了钢丝绳的损伤失效过程。 研究了退火处理下,珠光体的钢丝宏观力学性质与微观结构变化的对应关系,得到了优化钢丝力学性能的控制参数。发现珠光体钢丝中碳原子的形态极大的影响钢丝的力学性能。在出现渗碳体再结晶但未使渗碳体片层不完整时,钢丝强度基本不变,但塑性可以大幅提高。当球化渗碳体长大使渗碳体片层不连续时,钢丝强度会降低,而塑性会在一定范围内波动。
Call NumberPhd2017-019
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60420
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
向亮. 钢丝绳力学建模及损伤失效机理研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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