港机钢丝绳失效的有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

目的和意义

钢丝绳是一种结构复杂的系统，一般由多层股多次捻制而成，其中内、外层股在绳中的捻向相反，这样的结构使得它具有自转性小，甚至不旋转的特点。钢丝绳由于其具有强度高、弹性和伸展性好的特点，被广泛应用于采矿、交通、旅游等一系列工程实际中。例如，起重机、索道、缆车、电梯、港口装卸等，而且其重量轻、使用灵活，且能承受一定的冲击载荷。这些特点使得钢丝绳的使用经一百年不衰。

钢丝绳是起重机的重要组成部分，起重机在将货物提升或者搬运都是由钢丝绳的卷绕、提拉实现的。但是，多层股的钢丝绳容易因为内部摩擦而磨损严重，所以钢丝绳安全使用寿命短、易发生突发性断绳事故是我们必须要面对的问题。此外，多层股的钢丝绳在日常使用中不能像普通钢丝绳那样，在不工作的时候可以无损打开，进行内部断丝、磨损等缺陷的检查，使得它常存在安全隐患，直接影响作业和工人的安全。钢丝绳的断裂往往造成较大的经济损失和人员伤亡。多层股的钢丝绳在断裂与失效上面极具隐蔽性，对发生事故的钢丝绳进行拆股检测，通常发现它外部基本完好，但内部已经磨损严重或断丝多处。所以我们通过对其建模来模拟钢丝绳的使用情况，来预测其使用寿命，预估其断丝缺陷，可为它在工程实际应用中何时更换钢丝绳，何时检查钢丝绳，如何维护钢丝绳使用安全提供现实指导，避免过早换绳造成的巨大浪费，及过迟换绳造成的钢丝绳事故，对提高港口作业的效率及安全具有重大意义。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

港口机械钢丝绳作为动绳，不仅要承受拉应力、丝与丝之间的接触应力、弯曲应力和扭转应力，在绕经滑轮工作时，还要承受绕过滑轮的弯曲应力和钢丝绳与滑轮之间的接触应力。随着计算钢丝绳及其绳股的力学特性的理论和模型的发展，对于钢丝绳这种受力复杂的系统，非常有必要用有限元方法分析其所承受的拉伸、剪切、弯曲、扭转、接触和摩擦等应力，其结果对钢丝绳的失效机理分析起重要的作用。本工作对港机钢丝绳的失效进行有限元分析，深入地分析了不旋转钢丝绳的受力特性及磨损机理，综合考虑钢丝绳的内部磨损与疲劳损伤，对其疲劳寿命预估进行了理论与方法的探索研究，为钢丝绳的设计制造、安全使用，结构优化等提供理论支撑。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献，完成开题报告。

第4-5周：对钢丝绳的结构进行分析，提出建立钢丝绳几何模型的方案，并熟悉相关软件。

第6-8周：依据实际结构，对港口机械钢丝绳建立几何模型和有限元模型。

4. 参考文献（12篇以上）

1、pavelpeterka, jozef kreák, stanislav kropuch, gabriel fedorko, vieroslav molnar,marek vojtko.failure analysis of hoisting steel wire rope[j]. engineering failure analysis, volume 45,october 2014, pages 96-105.

2、peterr.n. childs. chapter 17 -wire rope[m]. mechanical design engineering handbook, 2014, pages 721-733.

3、yunanprawoto, raimee b. mazlan. wire ropes: computational, mechanical, and metallurgical properties undertension loading[j]. computationalmaterials science, volume 56, april 2012, pages 174-178.