港机钢丝绳失效分析——受力的数值模拟开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


随着我国经济的飞速发展,内外贸易对港口运输量的需求越来越大,而港口执行装卸任务的基本设施是港口装卸设备。因此,在一定程度上,港口装卸设备的稳定运行是港口发展的必要条件。


钢丝绳作为港口装卸设备中的重要组成部分,决定着港口装卸设备运行的稳定性和安全性。港口企业濒临水域,起重机械作业工况恶劣,钢丝绳的运行使用除受工作环境、自身性能和设备结构影响外,还与受力条件、载荷分布及其几何特性有关[1]。由此一来,研究钢丝绳在服役过程中的受力情况显得尤为重要。


钢丝绳的理论分析非常复杂,1950年以前的工作主要包括了大量的静态和疲劳加载实验数据[2]。1985年,PHILLIPS、Costello[3]等人以具有内部钢丝绳芯结构的钢丝绳为对象,提出了一种解决在一般加载条件下,单独钢丝绳或复杂钢丝绳中绳股的轴向力、弯矩、扭矩求解问题的计算模型。而Costello的理论主要用于大变形绳股的强度计算,由于这一理论的高度非线性,在实际应用上,又常常将这一模型进行简化处理[4]。由于钢丝绳复杂的螺旋结构,在拉伸过程中受力情况非常复杂,分析研究其拉伸性能的重要性日益凸显,建立在少量拉伸试验基础上的经验公式已不适应时代发展需要[5],随着有限元分析方法和计算机技术的发展,国内外许多学者开始利用计算机对钢丝绳的受力情况展开研究。


马军等人以6×19IWS钢丝绳为研究对象,建立右同向捻和右交互捻两种模型,并在忽略钢丝间摩擦条件下使用ANSYS软件进行有限元数值计算,计算结果表明钢丝绳在受轴向拉伸载荷的作用下,同向捻制钢丝绳的侧丝应力明显高于交互捻钢丝绳[6];还有研究表明,在同等扭矩下,右同向捻钢丝绳受力大于右交互捻,交互捻性能优于同向捻[7];伊忠进等人建立3×19独立绳芯模型,运用有限元方法对其进行数值模拟得到钢丝绳绳芯松弛、突出以及钢丝间接触磨损等失效形式的机理[8];张瑾等人建立同向捻制的1×7IWS钢丝绳的模型,采用面-面接触的求解方法,研究了伸长量、摩擦系数等参数对钢丝绳应力、应变的影响[9];李婷等人通过建立IWRC1×7单股钢丝绳三维模型,基于仿真平台Workbench对其进行静力分析和疲劳分析,得到钢丝绳内部应力分布以及交变载荷下钢丝绳疲劳寿命云图,并指出其疲劳破坏点位置[10]

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