信息摘要：
鋼絲繩因具有較好的拉伸性能和較高的抗沖擊韌性等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于工程制造和生產(chǎn)實踐中]。鋼絲繩的復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其理論計算十分麻煩，且計算模型不能精確反映實際情況，而僅僅
鋼絲繩因具有較好的拉伸性能和較高的抗沖擊韌性等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于工程制造和生產(chǎn)實踐中“]。鋼絲繩的復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其理論計算十分麻煩，且計算模型不能精確反映實際情況，而僅僅通過試驗來測試鋼絲繩力學(xué)性能又不能高效地為鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導(dǎo)。有限元技術(shù)的發(fā)展極大地提高了生產(chǎn)實踐的效率和質(zhì)量。對鋼絲繩進行有限元模擬分析，可以清晰、直觀地看到鋼絲繩的受力特點，從而分析鋼絲繩在設(shè)計和使用過程中應(yīng)注意的因素。鋼絲繩的強度和壽命主要取決于制繩鋼絲的材料性能及其受力分布。要提高鋼絲繩的性能，除了改善制繩鋼絲的力學(xué)性能外，還必須了解其受力特性。因此，研究鋼絲繩的受力特性具有非常重要的意義。
為研究不同捻距對7×743.0mm交互捻鋼絲繩拉伸特性的影響，本研究設(shè)計了4種不同規(guī)格的鋼絲繩模型，進行拉伸有限元模擬。通過分析鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力的分布規(guī)律，并與試驗結(jié)果相結(jié)合，探討拉伸性能好的鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點，為鋼絲繩設(shè)計提供指導(dǎo)。
1有限元模型
7×73.0mm交互捻鋼絲繩的幾何模型如圖1所示，4種規(guī)格0.365+6×0.35+6×（0.35+6×0.33）鋼絲繩的具體參數(shù)如表1所示。
將建立好的三維幾何模型導(dǎo)入Workbench軟圖17×703.0mm交互捻鋼絲繩的幾何模型件中進行靜力學(xué)分析，鋼絲的彈性模量設(shè)為200
GPa，泊松比設(shè)為0.3，鋼絲之間摩擦因數(shù)設(shè)為
0.17，鋼絲繩一端受固定約束，另一端受軸向拉伸載荷，模擬分析載荷在0~10kN時的鋼絲繩受力情況。
2模擬結(jié)果分析
2.1鋼絲繩應(yīng)力分布云圖因鋼絲繩拉伸端面受到較大的載荷，應(yīng)力集中比較明顯，故取鋼絲繩長度方向的中間截面（以下簡稱鋼絲繩中間截面）為研究對象進行對比分析。鋼絲繩中間截面在拉伸載荷為10kN時的應(yīng)力云圖如圖2所示。
從圖2可以看出，4種規(guī)格鋼絲繩的應(yīng)力分布為芯部最大、邊部最小，鋼絲之間的接觸點處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。鋼絲繩受到拉伸載荷時，不同位置的鋼絲應(yīng)變程度不同，接觸應(yīng)力也不同，導(dǎo)致鋼絲繩應(yīng)力分布不均勻。鋼絲繩應(yīng)力最大的地方在芯股芯絲與芯股面絲的接觸點處]。由于繩的捻距較小，規(guī)格A的應(yīng)力明顯大于其他3種規(guī)格；與規(guī)格B相比，規(guī)格D增大了股的捻距，使得面股應(yīng)力相對較?。慌c規(guī)格C相比，規(guī)格D增大了繩的捻距，使得鋼絲繩整體應(yīng)力相對較小。應(yīng)力云圖證明了捻距對鋼絲繩的應(yīng)力分布有很大影響，而應(yīng)力分布會影響鋼絲繩的強度及壽命51，因此合理設(shè)計捻距對提高鋼絲繩的性能和壽命很重要。
2.2鋼絲繩應(yīng)力與拉伸載荷的關(guān)系4種規(guī)格鋼絲繩Mises應(yīng)力與拉伸載荷的關(guān)系曲線如圖3所示，圖中Mises應(yīng)力取截面中同一類型單元的平均值。
從圖3可以看出，各規(guī)格鋼絲繩的Mises應(yīng)力隨著拉伸載荷的增大近似呈線性增大。4種規(guī)格鋼絲繩的芯絲所受的應(yīng)力普遍較大，尤其是芯股芯絲，這是因為當(dāng)拉伸載荷較小時，芯絲的實際拉伸應(yīng)變與繩相同，變形程度越大，所受的應(yīng)力越大；而面絲的拉伸應(yīng)變受捻距的影響較大，先發(fā)生結(jié)構(gòu)伸長，變形程度較小，所受的應(yīng)力也較小。當(dāng)拉伸載荷增大到一定程度，鋼絲繩股線、芯線位置發(fā)生微小錯動，股線與芯線之間的接觸面積增大，應(yīng)力值趨于一致，直至發(fā)生斷裂。
3鋼絲繩拉伸試驗
選取4種規(guī)格的鋼絲繩各5根，根據(jù)GB/T
8358-2014《鋼絲繩實際破斷力測定方法》進行拉伸測試，研究捻距對鋼絲繩破斷力的影響，破斷力取平均值，測試結(jié)果如圖4所示。
從圖4可以看出，規(guī)格A的破斷力最小，規(guī)格D的破斷力最大，說明鋼絲繩整體應(yīng)力越小，所能承受的破斷力越大。再次證明了捻距會影響鋼絲繩的應(yīng)力分布，進而影響鋼絲繩的力學(xué)性能。對比規(guī)格B與規(guī)格D可以看出，增大股的捻距可增大鋼絲繩破斷力；再對比規(guī)格C與規(guī)格D，增大繩的捻距也可以增大鋼絲繩破斷力，且相對于增大股的捻距，其對鋼絲繩破斷力的提升更為有效。
4結(jié)論
（1）在軸向拉伸載荷下，交互捻鋼絲繩的應(yīng)力分布與捻距有很大的關(guān)系，捻距越小，應(yīng)力越大，并且應(yīng)力集中現(xiàn)象主要發(fā)生在鋼絲之間的接觸點處。
（2）在軸向拉伸載荷下，鋼絲繩中芯絲所受的應(yīng)力較大，尤其是芯股芯絲所受的應(yīng)力最大。
（3）在合理范圍內(nèi)，增大股和繩的捻距可明顯增大鋼絲繩的破斷力。
通過有限元模擬分析方法可以直觀地獲取鋼絲繩的應(yīng)力分布狀態(tài)，為鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計研究提供了方向，試驗結(jié)果與模擬結(jié)果的一致性也為下一步進行鋼絲繩拉伸斷裂分析提供參考，為預(yù)測鋼絲繩的破斷力奠定基礎(chǔ)。
銷售微信
微信公眾號