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建立鋼繩模型

鋼絲繩模型的建立

 

 

本文根據微分幾何相關理論分析鋼絲繩結構特點及鋼絲的空間螺旋纏繞關系得到絲、股的空間纏繞幾何關系方程,根據方程計算結果生成相應關鍵點,利用ANSYS軟件中的B.Splines(_三次螺旋線)功能生成各鋼絲母線,再用計算機軟件建立鋼絲繩的幾何模型和有限元模型。結合鋼絲繩的分析條件,建立鋼絲繩應力、應變分析的邊界條件,確立合理的軟件分析類型和計算模式,利用ANSYS軟件強大的有限元分析功能進行鋼絲應力、應變的計算機數值模擬,獲得不同捻制結構下鋼絲沿長度方向上的軸向應力、切應力的分布規律。

 

1、實體模型


以6×19 1wS鋼絲繩為例,鋼絲繩直股內鋼絲直徑0.67衄,鋼絲繩股rain,股內鋼絲捻距44衄。根據ANSYS軟件建模方法創建6x19IWS鋼絲繩各絲的橫載面;利用ThruLocs命令做繩芯各側絲及各側Splines Spline股芯母線;以各繩股股芯母線為參照坐標系分別建立局部坐標,在局部坐標中做出各繩股側絲母線:
根據軟件自底向上建模技術,利用Extrude AreasI lAlongline命令將鋼絲截面沿母線拉伸成體,其幾何模型如圖l所示。

 

6×19 1wS鋼絲繩

 

2、有限元模型


設置鋼絲本體單元類型為8節點實體單元olid45,鋼絲的彈性模量廬180 GPa,泊松比∥=0.3。利用PreprocessorMeshing命令對鋼絲繩實體進行網格劃分,采用六面體單元,單元端面數據為O.11ramx0.11衄,mill,截取1l rnnl繩段進行網格劃117 024,節點數為165704。

 

3、邊界條件


在ANSYS程序中,對模型進行加載方法較多。對于Solid45單元,可以在單元節點施加力或力矩,也可以在單元的平面上施加面力(單位面積上的力),以及在單元的邊界上施加線力(單位長度上的力)。對于不同的分析類型,ANSYS一般提供不同的求解控制。基本選項用來指定ANSYS進行求解的基本參數。考慮到鋼絲繩工作時,股內鋼絲橫截面有較大的轉動,鋼絲繩受力問題屬于大轉動小應變幾何非線性彈塑性問題,本計算在AnalysisStatic”選Options”區域指定“Large DisplacementItems to Results項,“Write File”設置寫入結果文件solution的項目為“All items”(所有項目)。徑10衄,PHILLIPS等的工作中,曾做過忽略鋼絲距66觸摩擦的假設,得出的結論對于拉伸載荷作用下鋼上向下的絲間潤滑很好的鋼絲繩結果接近于實際。本計算也做此假設,探討不同位相鋼絲的應力與變形分布規律。在鋼絲繩有限元模型上一端面約束三個方向的自由度,另一端施加軸向集中載荷。

 

 



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