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钢丝绳捻制成形残余应力的理论与实验研究

钢丝绳由于具有高强度且柔软、易收纳的性能特点 ,在机械、汽车、交通、光纤通信、宇航等领域有广泛的用途 ,这就要求根据不同用途要求进行合理的结构强度和加工工艺设计 .钢丝绳的力学性能不仅与钢丝的原始材质有关 ,而且受成形加工引起的残余应力的影响很大 ,然而现有的钢丝绳强度设计基于微分几何学和弹性力学、未考虑加工历史的影响 ,并且加工过程工艺的设计全凭经验或实验[1,2 ] .为最大限度地发挥材料性能、经济合理地设计和制造满足各种用途要求的钢丝绳产品以及开发高附加值的新产品 ,有必要研究钢丝绳成形过程的加工应力和残余应力分布 .本文用弹塑性有限元法模拟计算了钢丝绳捻制成形过程中和卸载后的残余应力 ,通过理论和实验研究分析了成形工艺参数对残余应力的影响 .1 计算模型和基本方法将实际钢丝绳成形过程抽象成如下模型进行模拟计算 :如图 1所示 ,取一定长度的直线状线材 ,将其一端固定 ,另一端最初与钢丝绳中心线成一定角度 ,然后在施加张力...  (本文共3页) 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

钢丝绳捻制成形数值模拟与制品力学强度分析

钢丝绳是一种重要的空间螺旋结构制品,具有高强度、柔软性和稳定可靠的特点,因而被广泛地应用于机械、建筑、交通、通讯和航空航天等领域。到目前为止,大量文献研究了钢丝绳承受拉伸、弯曲和扭转载荷时的变形情况,但很少有对钢丝绳成形过程进行数值模拟的研究,特别是没有考虑自扭转系数和接触摩擦对捻制成形影响。捻制成形过程中变形复杂,必须同时考虑材料非线性和接触非线性。钢丝绳的加工应力不仅影响成形性,而且由其引起的残余应力对钢丝绳结构强度有很大影响。因此,本文进行了钢丝绳成形过程数值模拟和制品力学强度分析的研究工作。本文首先建立了考虑自扭转系数时的钢丝绳空间几何模型,该模型是捻制成形过程有限元计算模型的重要组成部分;根据钢丝绳捻制成形原理,考虑捻制成形中的材料非线性,以虚功原理为基础,建立了捻制成形数值模拟中弹塑性增量分析的有限元方程。接触摩擦模型是捻制成形过程有限元计算模型的另外一个重要组成部分。接触摩擦与钢丝绳变形之间是复杂的非线性关系,直接...  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

《固体力学学报》2005年04期
固体力学学报

钢丝绳捻制成形接触问题的有限元分析

0引言文献[1~3]研究了钢丝绳承受拉伸、弯曲和扭转载荷时的变形情况,但很少有对钢丝绳成形过程进行数值模拟的研究,也未见考虑钢丝绳接触捻制成形时摩擦系数影响的报道[4~6].接触问题的处理包括接触搜索和接触力计算两个方面.考虑接触问题需进行的接触搜索可以分为主从面算法、单曲面算法和级域算法等.接触力的计算方法通常采用的有罚函数法、Lagrange方法和Augmented Lagrangian方法.捻制成形过程中变形复杂,必须同时考虑材料非线性和接触非线性.钢丝绳的加工应力不仅影响成形性,而且由其引起的残余应力对钢丝绳结构强度有很大影响.本文首先建立钢丝绳捻制成形过程中的刚度方程和接触摩擦模型,将小球分裂算法和Augmented Lagrange法应用于钢丝绳捻制成形过程中的接触摩擦问题,然后进行钢丝绳一次捻制成形弹塑性接触数值模拟.1接触摩擦算法1.1基本方程考虑接触问题的虚功方程可表示成如下变分形式[7]G(tu,δu)-t∫...  (本文共7页) 阅读全文>>

《应用力学学报》2003年03期
应用力学学报

钢丝绳捻制成形的空间几何模型与有限元分析

1 引 言钢丝绳是一种重要的空间螺旋结构制品 ,具有高强度、柔软性和稳定可靠的特点 ,因而被广泛地应用于机械、建筑、交通、通讯和航空航天等领域。国内外学者对钢丝绳中钢丝的几何形状描述和钢丝绳制品受拉伸、弯曲和扭转载荷作用时的受力分析进行了大量研究[1~ 13 ] ,但未对钢丝绳的捻制成形加工应力加以研究。在捻股或捻绳中 ,钢丝或股由于捻制变形而产生扭转力矩 ,如果在捻制成形过程中采用将钢丝 (捻股时 )或侧股 (捻绳时 )绕其自身轴线作与捻向相反的转动 (即引入自扭转系数 ) ,则可以消除成形过程中钢丝 绳的一部分或大部分的扭转剪切应力 ,从而降低捻制成形断线率 ,减少加工后的反扭转弹性恢复。自扭转系数是指钢丝 /股绕其自身轴线反转时 ,自转角速度大小与其绕股 绳中心轴公转角速度大小之比 ,分别记为股的自扭转系数ks和绳的自扭转系数kr ,是钢丝绳捻制成形过程中的重要工艺参数。选取合理的自扭转系数 ,有利于降低钢丝绳加工成本...  (本文共6页) 阅读全文>>

《金属制品》2009年02期
金属制品

改进股绳后变形器消除捻制应力

1股绳捻制应力1.1弯曲应力残余捻制应力对股绳质量有较大的影响,在生产过程中应予以消除或减轻。股绳捻制以螺旋状成型,其过程存在弹性变形和塑性变形,导致螺旋状股绳具有一定弯曲曲率。弯曲应力是股绳捻制应力的主要存在形式[1]。1.2扭转应力股绳除成型时的弯曲应力外,还有一定大小的扭转应力。钢丝捻制时捻股机旋转一周,每圈尚有2π(1-cosα)(α为捻角)弧度的残余扭转在钢丝内形成扭转应力,多根钢丝扭转应力产生的扭转力矩,能导致股绳“松捻”,并酿成股绳“松散”后患[2]。点接触股绳分层捻制,当捻制外层丝时,如上捻或中捻股绳,其残余扭转力矩将使内层捻向相同的股松捻,即内层股捻距有变大趋势,捻角微有变小,捻距倍数减小;如果内层丝捻向与之相反,则使内层股“上劲”,即捻距变小,捻角略有增大,捻距倍数增大,这些都会给股绳质量带来影响。1.3拉伸应力螺旋状态的股绳在牵引力作用下,股绳中必然出现拉伸应力。由于结构复杂,钢丝张力难于均匀一致,再加上捻...  (本文共3页) 阅读全文>>

《金属制品》2013年03期
金属制品

提高钢丝绳紧密捻制性因素分析

1问题提出捻制紧密是大多数标准对钢丝绳捻制质量的技术要求之一。但标准缺乏具有可操作性的钢丝绳捻制紧密性检验方法或评价指标,在某种程度上对钢丝绳这一重要的捻制质量要求还停留在文字上,而实现钢丝绳紧密捻制有利于提高其使用寿命却不容置疑。国产钢丝绳与世界强国钢丝绳在钢丝绳捻制紧密性上长期存在明显差距的客观事实,使如何提高国产钢丝绳捻制紧密性成为国内企业需要认真研究的技术课题。钢丝绳捻制不紧密只是指钢丝绳松散概念的“松”,而松散中的“散”是对股在绳中和钢丝在股中不能继续保持原有正常捻制状态的描述。松散中的“松”是指股不能充分裹紧绳芯,从外观看,股有明显的浮起和股间出现较大间隙,相应钢丝绳直径也因此有一定的增大。大多数情况下,相对交互捻钢丝绳、纤维芯钢丝绳,同向捻钢丝绳、钢芯钢丝绳的捻制紧密性较差,容易出现股浮起、钢丝松弛等捻制缺陷,且比较突出。提高钢丝绳捻制紧密性涉及钢丝绳生产全过程,笔者仅从股捻制应力状态、压线模设计、后变形器使用、绳...  (本文共4页) 阅读全文>>

《金属制品》2011年02期
金属制品

捻制系数计算式的确认

在钢丝绳中,对等直径股(钢丝)组成的钢丝绳(股)而言,捻制系数指的是钢丝绳(股)直径与股(钢丝)直径的比值[1-2]。尽管捻制系数在钢丝绳设计中是一个中间参数,但对钢丝绳的结构设计及生产具有重要意义。捻制系数的计算比较困难,这方面讨论较少。近年来钢丝绳参数的精细设计逐渐增多,学者已给出了一些成果[3-5]。在类似文献中,学者们更多关注钢丝绳其他参数的设计或计算。笔者对文献[1]中与捻制系数相关的章节做了更细致的讨论。1计算捻制系数的公式为描述方便并兼顾习惯,首先给出与文献[1]相同的符号约定。其中c′=tan2φ,φ为捻制中心角,m为捻制系数,K为捻距倍数,n为股(钢丝)根数,α为捻角,相关参数有如下关系:c′K2m4-2c′K2m3-(K2+π2)m2+2π2m-π2=0。(1)文献[1]中采用了弦位法对式(1)求解,实际上可直接采用Ferrari给出的方法求解四次方程(1)[6],四次方程标准形式为ax4+bx3+cx2+d...  (本文共4页) 阅读全文>>