摩擦因数对钢丝绳应力和疲劳寿命的影响分析.pdf

第 4 3 卷 第 3期 2 0 1 7年 3月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a n d M i n e Aut o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 3 M a r ．2 O 1 7 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 3 0 0 4 3 0 5 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 3 ． 0 1 0 杜文正 ， 马保珠 ， 曹大志 ， 等． 摩擦因数对钢丝绳应力和疲劳寿命 的影 响分析[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 3 4 3 4 7． 摩擦 因数对钢丝绳应力和疲劳寿命的影响分析 杜 文正 ， 马保珠 ， 曹大志 ， 付 光磊 ， 谢 政 火箭军工程大学 发射工程系，陕西 西安 7 1 0 0 2 5 摘要 以 6 3 6 十WS结 构钢 丝 绳 为研 究对 象 ， 在 S o l i d Wo r k s中建 立 了其 三 维 模 型 ， 并 导入 AB Aqus 中， 通过 定 义接 触 对 、 设置 边界 条件 ， 建 立 了钢 丝绳 有 限元 模 型 。在 相 同的轴 向栽荷 下 ， 仿 真 分析 了不 同摩 擦 因数对钢丝绳应力分布和疲劳寿命 的影响。结果表 明， 钢丝绳在拉伸状 态下， 绳股 外侧钢丝应 力较大， 且 绳 股与绳股接触处钢丝应力最大； 随着摩擦 因数的增大 ， 钢丝绳应力逐渐增大， 疲劳寿命逐渐减小， 钢丝绳在应 力最大处疲劳寿命最 小。 关键 词 钢 丝绳 ； 摩擦 因数 ； 应 力 ；疲 劳寿命 ； 有 限元 中 图分类 号 T D5 3 2 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 7 0 2 2 8 1 6 5 6 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 3 0 1 ． 1 5 1 4 ． 0 1 0 ． h t ml An a l y s i s of a f f e c t i on o f f r i c t i o n f a c t o r o n s t r e s s a n d f a t i gu e l i f e o f s t e e l wi r e r op e DU W e nz he ng， M A Ba oz hu， La u nc h i ng En gi ne e r i n g De p a r t me nt ，Ro c ke t CAO Da z h i ， FU Gu a ng l e i ，XI E Zhe n g Fo r c e U n i v e r s i t y o f En gi n e e r i ng，Xi a n 7 1 0 0 2 5，Chi n a Ab s t r a c t Ta k i n g 63 6 十WS s t e e l wi r e r o p e a s r e s e a r c h o b j e c t ，3 D mo d e l o f t h e s t e e l wi r e r o p e wh i c h wa s e s t a h l i s h e d b y S o l i d W o r k s s o f t wa r e wa s i mp o r t e d i n t o AB AQUS，a n d 8 f i n i t e e l e me n t mo d e l o f t h e s t e e l wi r e r op e wa s e s t a bl i s he d b y s e t t i n g up c on t a c t p a i r s a nd bou nd a r y c o ndi t i o ns ．Unde r t h e s a m e a x i a l l o a d，a f f e c t i on of di f f e r e nt f r i c t i o n f a c t o r s on s t r e s s a nd f a t i gu e l i f e o f t h e s t e e l wi r e r op e wa s s i mul a t e d a nd a n a l y z e d．Th e r e s u l t s s h o w t h a t s t r e s s l o c a t e d O D s t e e l wi r e o u t s i d e s t r a n d i s l a r g e wh e n t h e s t e e l wi r e r o p e i n s t r e t c h s t a t e．a nd t h e ma xi m um s t r e s s i s l oc a t e d on t h e s t e e l wi r e s whe r e s t r a n ds c on t a c t wi t h e a c h o t he r ．W i t h i nc r e a s e of f r i c t i on f a c t o r s，s t r e s s o f t h e s t e e l wi r e r op e i nc r e a s e s a nd f a t i g ue l i f e de c r e a s e s g r a d u a l l y，a n d f a t i g u e l i f e o f t h e s t e e l wi r e r o p e wi t h t h e ma x i mu m s t r e s s i s t h e mi n i mu m ． Ke y wo r ds s t e e l w i r e r o pe；f r i c t i o n f a c t or ；s t r e s s；f a t i g ue l i f e；f i ni t e e l e m e nt 0 引言 钢 丝 绳 是 由一 定 规 格 的 细 钢 丝 拧 成 的柔 性 绳 索 ， 可用于牵 引、 承载 、 提 升和拉 紧， 具有韧性好 、 无 噪音、 强度高、 使用方便等优点 ， 广泛应用于机械 、 采 矿 、 造船 、 林业 和冶金等行业 。在钢丝绳使用过 程 中 ， 锈蚀 、 磨 损 和疲 劳 是 其 主 要 失 效 形 式 ， 因此 在 日 常 保养 中需 要 涂油 。但 钢丝 绳 一般 工作 在 十分恶 劣 的环境 中， 涂油润滑的效果随着使用 时间的增加会 降 低 ， 或 者 钢 丝 绳 保 养 不 及 时 ， 会 导 致 润 滑 油 脂 减 少 ， 即摩擦 因数 增 大 。摩 擦 因数 的变 化对 钢 丝 绳 内 部应力分布及疲劳寿命均会造成一定 的影响， 国内 外学者对此进行 了研究。陈向阳等[ 1 在 UG软件建 立了同向捻制的 1 7 I WS型钢丝绳几何模型， 并 导 人 ANS YS软 件 中 ， 分 析 了轴 向加 载 条 件 下 的 钢 丝 绳应 力应 变情 况 ， 研 究 了摩 擦 因 数对 钢 丝 绳 的 应 力 和变 形 的影 响规律 。刘 义等 利用 有 限元法 和 多 体 动 力学理 论 ， 采用 二维 梁单 元 ， 考 虑钢 丝绳 与摩擦 收稿 日期 2 0 1 6 1 2 0 3 ； 修回 日期 2 0 1 7 0 1 2 2 ； 责任编辑 盛男 。 作者简 介 杜文 正 1 9 7 4 一 ， 男 ， 陕西 西安人 ， 截教授 ， 博 士 ， 主要研究方 向为多体 系统动 力学 。 E ma i l d u we n z h e n g v i p ． 1 6 3 ． c o m。通 信作者 马保珠 1 9 9 2 一 ， 男 ， 河南正阳人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方向为起重机动力学和多体系统 动力学 ， E ma i l 1 0 0 5 6 3 6 0 5 4 q q ． c o m。 4 4 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 轮的摩 擦 数 等 凶 素 的影 响 ， 建 立 了摩擦 提 升机 动 力学模 型 。姜海 波 等 建 立 r 67 4 - I WS钢 丝 绳 的有 限元 模 型 ， 在 轴 向 拉 伸 载 荷 下 ， 一组 忽 略 摩 擦 力 ， 另 一组 考虑 摩擦 力 ， 分析 了有 无摩 擦力 对有 限元 分 析结 果 的影 响 。 马 军等 ”建 立 了 6 7 q - I WS钢 丝绳 的有 限元模 型 ， 分 析 ． r 其 在 轴 向 拉 伸状 态下 的 应力分 布 ， 并通 过 试 验 进 行 _ r 验 证 。但 上述 文献 主 要 分析 lr 钢 丝绳 的 应 力应 变 分 布 ， 没 有 对疲 劳寿 命 进 行研 究 。鲁 信辉 等 建 了不 同钢 丝 捻 矩 的 6 x 7 l WS型钢 丝 绳 有 限 元 模 型 ， 分 析 r钢 丝 捻 距 对 应 力 与疲 劳寿命 的影 响 。贾小 凡等 通 过弯 曲疲 劳 试验机 研 究 了钢丝 绳 在 不 同 预 张 力 下 的疲 劳 现 象 ， 利 用扫 描 电镜 等仪 器观 察 r钢丝绳 损伤 、 断 丝数 ， 研 究 了钢 丝绳 的疲 劳损 伤机 制 。胡茂 通 过理 论分 析 和试验 研 究 了滑轮 直 径 对 钢丝 绳 疲 劳寿 命 的 影 响 。 谷海 涛 ’ 通 过 对钢 丝 绳 的 受力 分 析 ， 研 究 了钢 丝 绳 的疲 劳 寿命 估算 方法 。刘 利伟 等 设计 了钢 丝绳 在 线 无损 检测 系统 ， 能够 精 确 地 检 测 } f l 钢丝 绳 因疲 劳 失 效 等 原 因 导 致 的 疲 劳 断 丝 及 损 伤 状 况 。 A。 C r u z a d o等 ” 利 用 AB AQUS对 钢 丝绳 的微 动疲 劳 寿命 进 行 r有 限元分 析 。但 上述 文献 没有对 摩擦 因 数 对钢 丝绳 疲劳 寿命 的影 响进 行具 体 的研究 。 本 文 以某 型桥 式 起 重机 用 钢 丝 绳 为研 究 对象 。 采用 S o l i d Wo r k s软件 建立 该钢 丝绳 的三维 模 型 ， 导 入有限 元分 析软 件 AB AQUS中 ， 建 有 限元 模 型 ， 通 过改 变钢 丝与 钢 丝问 的摩擦 闪数 来仿 真分 析钢 丝 绳 在相 同轴 向载 荷 下 的廊 力 和变 形 分 布 ， 最 后 联合 F E S AF E软件 仿 真 分析 不 同摩 擦 L大 J 数 下 的 钢 丝 绳 疲 劳寿 命 。 l钢丝 绳 有限 元模 型建 立 1 ． 1 铜 丝绳几何 模 型 建立 某 型桥式 起 重机 用 钢 丝 绳 为 6 3 6 WS结 构 右 交互 捻 圆股钢 丝绳 ， 属 于线 接触钢 丝绳 ， 其 捻矩 为 7 5 ． 6 mm。绳股 配 置 形 式 为 1 7 7 ／ 7 1 4． 属 于 瓦林 吞 西鲁 混 合 式 结 构 。利 用 S o l i d Wo r k s软 件 建 立钢丝绳 的 11 三维实体模 型， 如网 1 a 所示， 其 截 面形状 如图 1 b 所 示 。钢 丝 绳 南外 围 的 6根 绳 股 和绳 芯组 成 。每 根 绳 股 南 1 根 直 径 为 0 ． 7 5 mm 的股 芯 和 3层 钢 丝 缠 绕 而 成 ， 其 中 ， 绳 股 的最 外 层 1 4根 钢 丝 直 径 为 0 ． 7 0 mm， 第 2层 由 7根 直 径 为 0 ． 5 5 mm和 7 根 直 径为 0 ． 4 0 mm 的 钢丝 组成 ， 与 股 芯 接触 的第 3层 钢丝 直径 为 0 ． 5 5 mm。 a 钢 丝 绳 维 模 型 b钢 丝 绳 截 面 图 l钢丝绳 几何模 型 1 ． 2 材料 属性 与 网格划 分 为减 少计算 量 ， 利 用钢 丝绳 结构 循环 对称 特性 ， 取 1 ／ 6钢丝 绳捻 距 ， 即长度 1 2 ． 6 mm 的钢丝 绳 作 为 研 究对 象 ， 将其 通 过 S o l i d Wo r k s 与 AB AQUS接 口 插 件直 接导 入 AB AQUS软 件 中 。钢 丝绳 绳 芯 材料 为 P P C， 6根绳 股 材料 为优 质碳 素钢 ， 均 为各 向同性 材 料 ， 具 体 参数见 表 1 。 表 1 钢丝绳材料属性 在 AB AQUS 软 件 巾 ， 绳 芯 和 绳 股 均 使 用 C 3 D8 1 单 元 八 结点 线性 六 面体单 元 ， 非 协调 模式 ， 通过进阶算法和扫掠网格划分技术对钢丝绳划分网 格⋯ 。考 虑 到 钢 丝 与 钢 丝 、 钢 丝 与 绳 芯 之 间 的 接 触 ， 单元 网格 划分 必须 细密 ， 才能 得 到收敛 解 。经过 试验 计算 ， 最 终确 定 的钢 丝 绳 有 限 元 网格 如 图 2所 示 。整 个 钢 丝 绳 模 型 有 限 元 网 格 的 总 单 元 数 为 1 1 2 4 l 5 7 ， 节点 总数 为 1 3 1 5 1 0 6 。 2钢 丝 绳 有 限 兀 网 格 1 ． 3接 触 属 性 钢 丝绳 的有 限元计 算 中 ， 存 在钢 丝与钢 丝 、 钢丝 与绳芯 2种类 型 的接 触对 ， 如 图 3所 示 ， 其 均选 用 主 从接触算 法 在两 接触 体 问传 递 载 荷 。根 据 面一面接 触 对 中 ， 主 面可 以穿透 从 面 ， 但从 面 不能穿 透 主面 的 原 则 ， 在建 立钢 丝 和绳 芯 的 接 触 时 ， 钢丝 为 主面 ， 绳 2 f 1 7年 第 3期 杜 文正等 摩擦 因数 对铜 丝绳 应 力和疲 劳寿命 的 影响 分析 4 5 芯 为从 ； 建 外J J - 1 l I 邻 钢丝 之川 的接 触时 ． 每 钢 丝 I l 『 做 义 『 r 做 从 l l l j 俐 丝绳 模 巾 l r ‘ 埘接 触 ， 尤 法 r - 动定 义干 l I l I 动 搜索 ， 所 以采川 r 1 接触 定 义接f J ,． x 4 接 触 lf 能 i I Al { AQUS识 别 两 接 触体 足接 触还 足分 离 ． 川时 接 利{ 【 『 『 i 采川 有 滑 移模 ] ．I 。 I矧 { 俐 绳 接 触 甜 钢 丝绳 经过 保 养 充 满 _r 润 滑 } f{ { 脂 ， 钢 丝 的 摩擦 数很 小 ， 叮忽 略 汁 然 I 、 【 ， 钢 丝绳 使 川 段 t l 、『 n 1J 后 ， 润 滑 油脂 逐渐 ，人效 ， 钢 丝 与钢丝 的摩擦 l 数 逐 渐增 大 。 而绳 芯 化 f 钢 丝绳 的 I 大 】 部 ， 足 储 润 } }l} 油 脂 的场所 ， 他 川 t 过 r { I 摩擦 『 大 1 数 变 化 较 小 ， J l{ _ 绳 芯较 软 ， 小 址 受 力 部件 ， J 摩 擦 数 的 变化 对 分析结 果 影 响较 小 ， 敞 认 为绳 芯 钢 丝 的 摩 擦 1 人 】 数保 持不 变 。为 r 研 究 擦 1 人 I 数 对钢 丝绳 的 ． 和 l 疲 劳寿 命 的 影 响情 况 ． 钢 丝绳 相邻 钢 丝 l 1 { j 、 P P C绳 芯 与 周 钢 丝 川 均 施 J I l l 有 摩 擦 接 触 性 ， 摩擦 类 均 为 仑摩 擦 。畲 『 刺机 械 设 汁常 』 } j 材料 的 摩擦 l 大 】 数 ． 定 义 P I 绳 j 周 I 钢 丝 之 川 的摩擦 数 为 0 ． 0 5． 钢丝 钢 丝之 的 摩擦 【人 j 数 分 刖为 0 ． ， 0 ． 1 0 ， 0 ． 1 H 寸 为 与 理 慰 无摩 擦 情 况进 匕 较 ． 对钢 丝 j 钢 丝 之 摩 擦 数 为 0的情 况 也进 仿 真 。 1 ． 1 约束及 边 界条件 钢 丝绳绳 为 I I 【 、 材 料 ． 弹性 模 量 钢丝 卡 } I 篪很 人 ， 此 不 能在钢 绳 的 端 血 接施 J J l J 载荷 ． 嘤 钢丝绳 前后 两端 【 1 1 心 处 的绳芯 轴线 卜 分 别 建 ● 1个参 考点 ， 川 j 耦 合 卡 膊 横 俄 I 的所 有 点 ， f n 1 I幺 】 4所 示 。在 ，刺丝绳 限兀 分析 【 1 l ， 约 束参 考 点 l 的所 有 臼『 } 1 度 ， 时 埘 参 考点 2施 轴 阳拉 f I } l 戡倚 4 9 0 0 N。 2钢 丝 绳有 限元 结果 分析 利 AB AQUS软 件分 别 对钢 丝 j 钢 丝 之 间摩 擦 数 为 0 ， 0 ． 0 5 ， 0 ． 1 0 ． 0 ． 1 5情 况进 行仿 真 汁箅 ， 得 到有 限 兀 Vo n ～ Mi s e s心 J 分 析 结 果 。 对 比有 限 冗 分析 结果 ． 发 现 4种 I 况 F， 钢 丝绳 体 廊 力分布 规 律卡 H ⋯ ， L I 足腑 力大小 。以摩擦 数 为 0 ． 1 0的 仿 真结 果 作 为分 析 埘 象 ， 钢 绳 体 的 V o n Mi s e s ，l 钢 丝绳 端 【血 】 f } 约 束 力分伽 同 5所 爪 。 整 根 钎 4 丝绳 ， 巾于 钢丝绳 l从 j 端 J J I I 有 运 动耦合 约 ． 所 以两端麻 力较 大 。 钢丝 I 1 l 部 域臆 力 较 小 ． 儿最 大 应 力分 布 钢 丝 绳 外f l I IJ 。 钢 丝绳 端 面上 ， 绳 芯 力最 小 ， 绳 股端 面上 的成 力 绕绳 芯 的发射状 分 ， 总 体 l 。 f l 1 钢 丝绳 端 『 f l 心 刮最外 沿 的应 力 ⋯小 剑 大分 布 ． 且 6根 绳 股 端 I 的府 力分 布规 律 村 { 同 ， 与 钢 丝 绳 几何 模 型 的对称 性棚 符 。在 钢丝 绳 侧 ， 庸 力沿 螺旋 股 钢 丝 伞 M l 次 【 什 I 线 状 交 错 分 ， 儿钢 丝接 触 的 部 分 应 力较大 。 5 钢 丝 绳VO I]M i s s J 、 力 分 佰 厶 为减小 钢丝绳 两端 运 动棚合 约束 对钢 丝绳应 力 分布 的影响 ， 取钢 丝 绳 巾 邴横 截 面 的 Vo n Mi s e s应 力分布 作 为分 析 对象 ． c u 1 6所 示 。 整个 截 面 的 Vo n Mi s e s 应 力绕 钢丝 绳 『 } 1 心 旋 转 对 称 分布 ， f L I I 壶 大 应 力位 十绳 股 与 绳 股 接 触 部 位 的 钢 丝 L。 6根绳 股 的应 力分布 完令 卡 l J M ， 绳 的 应 力较 小 ， 且 分 布均 匀 ， 变化 较小 。对 淳 根绳 股 ， 麻 力呈 层状分 们 ， } f 1 I f I 心到外 侧 的应力 逐渐 增大 ， 最外侧 钢 丝上 的 乃较 大 ， 钢丝 与钢 丝接 触 分 的 成 力住 邻 近 区域 较 大 。 根 据模拟 分 析结果 ， } f j 摩擦 数小 同 时 ． 钢丝 绳 I f 1 郑 域 的最 大 Vo n Mi s e s啦 力见 表 2 ， 两 者对 心 的火 系 曲线 如 7所永 。 丁 以看 ， 随 着 摩擦 因 数 的增 大 ， 最 大 Vo n Mi s e s 也随 之增 大 ， 且 近 似 线 父 系 。 6 6 5 ．5 5 5 5 5 ， 0 7 9 n 0 4 7●4 8，S C S●7 47 r 】H 4●7 30 4 74 3 r _ 0 4 n 7 4 0 7 4 4 “J●● ●● q 4 2 “ ■酉 丌 n n 时 l 工矿 自动化 2 1 7年 第 4 3卷 6 ，剞丝 绳 t l l 邓J} 6 l 俄 【f IJ 的 Vo n Mi s t s 分 布 I剥 丧 2 破 夫 Vo z Mi s 、 心 力 摩 擦 I 土 1 数 的 对 他 ／ 摩擦 数 7 { { 大 v⋯ M一 心 力 L j 悖 擦 数 的 火 系 【 { Il 线 3钢 丝绳 疲劳 寿命 分析 _{ ． 1 铜 丝绳 疲 劳寿命 仿真 计算 F E S AF E r l l 根 S e e g e r方 法 ． 1 I l 材 料 的抗 托强 、 弹 帧 1 材 料 类 得 铡 材 料 的 』 卜 寿 命 f } l l 线 。，刺 绳 的额 定载 简 为 l 2 2 5 O N． ⋯ 1 钢 丝绳 提 升 蕊． 勿f f lf j J 受 托 力， 最 小载 简 为 0 ． 所 以 F S AF E 戡 倚 比例 予 为 2 ． 5 。州 时认 为钢 丝绳 褒 尢 伤 ， 占 史设 表 光 滑 度 为 1 。采 川 Mi n e t 法 则 『 『 根 拂 钢 绳 的载 坝测 钢 绳 的 使 -I J 命 3 ． 2 钢丝 绳疲 劳 寿命结 果 分析 F 八I ’ E c I I 导入摩 擦 【大 I 数 分 圳 为 0 。 0 ． 0 5 ， f ] ． 1 0 ． 0 ． 1 5情 况 的- h限 已 分 析 结 果 ． 过 计 算 得 ⋯ 钢 丝绳 疲劳 衍 次数 观 察 4种 情 况 的结 ， 钢 丝 绳疲 劳 寿命 卡 f { 似 ， 最 人干 最小 灯命 化 棚 M ， 只 是 命 大／ I , L 。 选择 擦 数 0 ． 1 O的仿 真结 作 为分 析对 象 。钢丝绳 的 休 披劳 命 7』 l 】 8所 示 。钢丝 绳两 端 的寿 命山 壶 小 ． 这 是 ⋯ 于 两端 耦 合 约 束造 成有 限元 分析 f I 1 心 力较 大 ， 致 疲 劳 寿 命较 小 。从 钢丝 绳 侧 【 f J i ” r 发 现 钢 丝 与钢 丝 接 触 的 部化 疲 劳 寿 命 较 小 。钢 丝绳 卡 H 邻 绳 股 J 的 疲 奄 命 如 图 9所 永 。 【 I J 以看 ⋯ ， 绳 股 与 绳 股 接 触 部 位的 钢 丝 寿命 明 比 他 I x _ 域 钢 丝寿 命 小 。 分析 个绳 股发 现 ， 儿 是 _Ij J 他绳 股接 触 的 部 位均 魁 寿 命 较 小 的 区域 ， 最 先 发， 卜 损 伤 ， 这 丈献 6 所 僻的 试验结 果一致 。同 时疲 命分 伽与 有 限 元 ， 析 结 果 相符 ， 应 力 越 夫的化置 ． 疲 劳寿 命越 小 。 I ． i f e Re p e a t s 均 7 5 ％ 0 0 { J 0 0 S 6 1 S 3 7 0_ ． 2 l 3 n 1 { J 7 9 22 70 4 1 62 I l 72 1l 6 3 1 S 4 1 1 7 5 l q 4 3 1 4 7l H 7 3 7抟91 R 5 4 4 4 33 I 】 7 】 1 2 4 8 7 3 l 6 6 H 1 5 4】 5 l 5 2 4 8 5 9 5 7 l 5 81 6 6 49 9l 4 罔 8 钢 丝 绳 坡 心 命 ￡ 9 刑丝绳 卡 H 邻绳股的坡 命 z 俐丝 绳 r f l 部横 截 面 的披 劳奋 命 如 图 1 0所 示 。钢 丝绳绳 股 内 部 钢丝 卡 l 】 『 f 1 P I 绳 芯 寿命 均 达 到 } {1 0 次 。每 根绳 股最 外侧铡 丝 的疲 劳 寿 命 较 小 ， I { _ 绳股 与绳 股接触 部 分的钢 丝寿命 最小 ， 相邻 2 4 6 0 2 4 n H 0 4 S ⋯ 灯 “ “』，6 5 S 4 4 3 3 2 1 ● ．“ 阿 爵 _ 1 二 ] [ 二 孵 I 暂嚣 f _七 ￡ 七 ㈠ H H 燕 ■■ 翳 U 爵 I■ 2 0 1 7年第 3期 杜文正等 摩擦 因数对钢丝绳应力和疲劳寿命的影响分析 4 7 绳股接触部分钢丝寿命小于其他 区域钢丝寿命 。单 独分析疲 劳寿 命最小 的钢丝 ， 其疲 劳 寿命 云 图如 图 1 1 所示 。可 以发现 ， 疲劳寿命最小 的单元位于钢 丝 与钢 丝接 触 的部 位 。钢丝 绳在 发生 疲 劳断裂 的 过 程 中， 也是从钢丝与钢丝接触 的部位最先 出现疲劳 裂 纹 的[ 】 ， 仿 真结 果 与实 际情 况相 符 。 图 1 1 最 小 寿 命 钢 丝 疲 劳 寿 命 云 图 为研究摩擦因数对钢丝绳疲劳寿命的影 响， 对 4 种摩擦因数下钢丝绳横截面上的最小疲劳寿命进 行比较 分 析。 由仿 真 结 果 可 知 ， 摩 擦 因数 为 0 ， 0 ． 0 5 ， 0 ． 1 O ， 0 ． 1 5时对 应 的 最 小疲 劳 寿命 分 别 为 1 6 4 4 ， 1 1 5 4 ， 8 8 2 ， 7 2 9次 。摩 擦 因数 与钢 丝 绳 疲 劳 寿命的关系曲线如 图 1 2所示。可以看出， 随着摩擦 因数的增大 ， 钢丝绳的最小疲劳寿命逐渐减小 ， 无摩 擦时疲劳寿命 比摩擦因数为 0 ． 1 5时多 1 2 5 ， 可见 摩擦是钢丝绳失效 的重要影响因素 。 ＼ 拒 豫 { fR 摩擦因数 图 1 2 摩擦因数与钢丝绳疲 劳寿命 的关 系曲线 4 结语 通过仿真分析 了摩擦 因数对钢丝绳直线拉伸状 态下的应力分布和疲劳寿命的影响， 结果表明 绳股 外侧 钢 丝应 力较 大 ， 且 最 大应 力 位 于 绳股 与 绳 股 接 触部 位 的钢丝 上 ； 随着摩 擦 因数 的增大 ， 钢丝 绳 的应 力逐渐增大 ， 疲劳寿命逐渐减小 ， 钢丝绳在应力最大 处疲 劳 寿命最 小 。 参考文献 [1 ] 陈 向阳， 张瑾 ， 唐文亭． 1 7 I WS结构钢丝绳服役 中 的有限元模拟[ J ] ． 铸造技术 ， 2 0 1 4 ， 3 5 4 6 7 6 6 7 9 ． [ 2] 刘义 ， 杨芳 ， 李济顺 ， 等． 摩擦 提升机 摩擦传 动特性 建 模 [ J ] ． 机械设计与研究 ， 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