發(fā)布時間：2017-12-07 11:16

  本文關(guān)鍵詞：鋼絲繩參數(shù)化建模及力學(xué)特性分析

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【摘要】：本文針對鋼絲繩的關(guān)鍵性問題,從以下三個方面進(jìn)行了細(xì)致研究:典型鋼絲繩幾何結(jié)構(gòu)的通用參數(shù)化建模方法、典型工況下整繩的柔索仿真、力學(xué)特性與失效的有限元分析。首先,本文提出了一種新的基于曲面坐標(biāo)系的鋼絲繩結(jié)構(gòu)的幾何分析方法,并依此給出了高效準(zhǔn)確的鋼絲繩通用參數(shù)化建模方法以及與鋼絲繩力學(xué)性能相關(guān)的絲/股的曲率、撓率、平移不變性和不均勻分布等幾何參數(shù)與特性的分析方法。作為示例,應(yīng)用此方法在CATIA中建立了直線路徑、圓形路徑以及任意曲線路徑下的、不同捻向的、西魯式與瓦林吞式的圓股鋼絲繩以及異型股鋼絲繩的參數(shù)化幾何模型。并且闡述了該方法在幾何參數(shù)與特性分析計(jì)算方面較之常規(guī)方法的靈活簡捷性。除此之外,該方法還被用于鋼絲運(yùn)動學(xué)的各變形參數(shù)之間的關(guān)系式以及與之相關(guān)的鋼絲繩的剛度公式的推導(dǎo)。考慮到簡化的柔索仿真模型可以模擬系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)中的鋼絲繩整體的力學(xué)行為卻不適合研究與真實(shí)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的局部力學(xué)特性,如接觸、塑性變形、損傷演化及失效等力學(xué)現(xiàn)象,有限元方法可以勝任但仿真時間成本巨大,故提出了整繩柔索仿真+關(guān)鍵位置有限元仿真策略以高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)鋼絲繩設(shè)計(jì)。根據(jù)鋼絲繩的受力特點(diǎn)與失效形式,本文將常用鋼絲繩分為五類:拉索用鋼絲繩,索道用鋼絲繩、大跨度鋼絲繩、鋼絲繩網(wǎng)以及牽引提升用鋼絲繩,并分別建立了相應(yīng)的整繩柔索仿真模型,用于分析其整體承載特性。其中最后一種是基于MACRO與ADAMS/Cable相結(jié)合的方式建立的,這樣可以提高建模及仿真效率。之后,根據(jù)關(guān)鍵位置繩段的典型承載情況在ABAQUS中建立了三類鋼絲繩繩段的有限元仿真模型:拉伸載荷、純彎曲載荷、剪切載荷,并對鋼絲繩的兩類破壞失效形式進(jìn)行了有限元分析。本文提出的基于曲面隨體坐標(biāo)系的鋼絲繩幾何特性分析方法、建模與優(yōu)化策略及自動化分析平臺可為更深入高效的設(shè)計(jì)與研究鋼絲繩提供幫助。后續(xù)研究可望將本文提出的方法與各參數(shù)化模型利用C++等語言及相關(guān)軟件的腳本語言,如Python等進(jìn)行更為靈活全面的集成,建立典型鋼絲繩的設(shè)計(jì)平臺。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG356.45

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本文編號：1262205