編織防扭鋼絲繩拉伸載荷作用下應(yīng)力分布研究.pdf

1、隨著國(guó)家電網(wǎng)事業(yè)的快速發(fā)展，編織防扭鋼絲繩因其高強(qiáng)度、高防扭特性在電纜張力架設(shè)工程中被大量且反復(fù)使用。由于施工環(huán)境較為惡劣，且編織鋼絲繩服役過(guò)程承載復(fù)雜，鋼絲繩的疲勞、斷絲等現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。編織鋼絲繩在載荷作用下的應(yīng)力分布對(duì)鋼絲繩的使用壽命和強(qiáng)度有著極大影響，其力學(xué)建模和失效機(jī)理分析越來(lái)越受到重視。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)編織鋼絲繩的力學(xué)研究甚少。因此有必要建立編織鋼絲繩的力學(xué)計(jì)算模型，研究其在載荷作用下的應(yīng)力分布規(guī)律，為該類鋼絲繩的

2、失效機(jī)理分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等研究提供理論基礎(chǔ)。
　　本文針對(duì)四方八股編織鋼絲繩，通過(guò)幾何參數(shù)關(guān)系研究、力學(xué)建模、仿真模擬及拉伸試驗(yàn)、斷絲及斷股試驗(yàn)等研究，探索其在拉伸載荷作用下的應(yīng)力分布規(guī)律，具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)編織鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及參數(shù)方程，建立其幾何模型并進(jìn)行修正;對(duì)修正后的幾何模型中繩股的中心線進(jìn)行投影，借助四心圓近似橢圓法，獲得繩股的展開線;在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出編織鋼絲繩基本幾何參數(shù)之間的關(guān)系，借助CAD軟件及

3、拉伸試驗(yàn)，獲得該類鋼絲繩基本幾何參數(shù)值和彈性模量;分析繩股曲率、撓率隨離心角和節(jié)距的變化曲線，進(jìn)一步研究編織鋼絲繩的幾何特性，為其力學(xué)分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　(2)基于彈性理論及Love曲桿理論，研究繩股在平直狀態(tài)下承受拉伸載荷時(shí)的力學(xué)響應(yīng)，獲得繩股軸向總拉力與芯絲及內(nèi)、外側(cè)絲應(yīng)變等的關(guān)系式，建立繩股平直狀態(tài)力學(xué)模型;根據(jù)繩股展開線，分析四方八股編織鋼絲繩平直狀態(tài)下承受拉伸載荷時(shí)繩股受力及變形特點(diǎn)，推導(dǎo)出鋼絲繩拉伸載荷與繩股應(yīng)力、

4、應(yīng)變關(guān)系式，從而建立編織鋼絲繩平直狀態(tài)力學(xué)分析模型;以YS9-8×19編織鋼絲繩為例，借助Matlab進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并分析應(yīng)變和應(yīng)力隨載荷的變化規(guī)律。
　　(3)借助數(shù)值模擬軟件，建立無(wú)摩擦和不同摩擦系數(shù)的YS9-8×19編織鋼絲繩有限元模型，通過(guò)仿真分析揭示其相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，探討摩擦力對(duì)編織鋼絲繩受力的影響;開展不同拉伸載荷作用下編織鋼絲繩的有限元仿真，并將仿真結(jié)果與力學(xué)模型理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，從定性的角度佐證所建力

5、學(xué)模型的有效性;對(duì)相同載荷下不同節(jié)距的編織鋼絲繩有限元模型進(jìn)行仿真，分析其應(yīng)力和變形隨節(jié)距的變化規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)選出節(jié)距范圍，為工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
　　(4)以YS9-8×19編織鋼絲繩為例，進(jìn)行不同載荷下的拉伸試驗(yàn)，獲得鋼絲繩位移量隨載荷的變化曲線，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了力學(xué)模型的合理性;對(duì)鋼絲繩試樣進(jìn)行斷絲及斷股試驗(yàn)，分析斷絲和斷股的特點(diǎn)及位置，探討其危險(xiǎn)截面存在位置，與理論及仿真結(jié)果進(jìn)行綜合分析比對(duì)，驗(yàn)證了鋼絲繩