防撞钢丝绳圈准静态压缩性能分析

作     者：刘亚红 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹冠生

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢丝绳圈 准静态压缩试验 能量吸收 数值模拟 参数分析 

摘      要：钢丝绳以圈状结构形式应用在防撞圈、隔振器中,起到防撞吸能作用,具有重要的工程应用价值。钢丝绳圈的力学性能分析及参数分析是学者关注的热点问题。本文通过试验和基于有限元技术的数值模拟方法,考虑加工参数和结构参数的改变,研究单根钢丝绳圈力学性能及吸能特性。本文的主要研究内容和结论如下:(1)以6×19-WSC钢丝绳为研究对象,设计单根钢丝绳圈准静态压缩试验,对钢丝绳直径分别为16mm、18mm和20mm,绳圈直径分别为200mm、250mm和300mm的钢丝绳圈进行试验分析。结果表明:当改变钢丝绳直径和绳圈直径,进行准静态压缩时,钢丝绳圈所能承载的压缩力大小与钢丝绳直径呈正相关关系,与绳圈直径呈负相关关系;以参考刚度K作为评价指标,钢丝绳圈的刚度随绳圈直径的增大而减小,随钢丝绳直径的增大而增大。(2)设计并完成了钢丝绳圈准静态压缩试验,并基于试验建立了钢丝绳圈数值计算模型,研究钢丝绳直径和绳圈直径对钢丝绳圈面内压缩行为的影响,分析钢丝绳圈能量吸收特性。结果表明:钢丝绳圈所能承载的压缩力大小与钢丝绳直径呈正相关关系,与绳圈直径呈负相关关系。总能量吸收(EA)和比吸能(SEA)数值模拟结果与试验结果吻合较好,误差低于10%,验证了数值模型的可靠性。对数值模拟得到的比吸能和钢丝绳直径、绳圈直径分别进行拟合分析,结果表明:比吸能随钢丝绳直径的增大而增加,随绳圈直径的增大而降低。(3)为了探讨影响钢丝绳圈防撞性能的某些参数,以6×7-IWRC钢丝绳为研究对象,采用数值模拟方法研究捻角和摩擦系数对钢丝绳圈面内压缩行为的影响,分析钢丝绳圈的能量吸收特性。结果表明:捻角越小,钢丝绳圈在变形过程中出现股松散现象越明显,稳定性越差,绳圈产生的内能越大;钢丝绳圈的比吸能和捻角之间的关系采用三次多项式模型进行拟合可以得到捻角为15.9°时,绳圈在压缩过程中比吸能达到最大值,说明捻角是影响钢丝绳圈吸能特性的一个重要参数;绳间摩擦系数分别取0.115、0.2、0.4的计算结果表明,钢丝绳圈的摩擦耗散能与内能之比在0.6%～2.6%之间变化,这个比值随摩擦系数的增大有所增加。