基于TrueGrid的典型钢丝绳结构有限元参数化建模方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

（1）背景与意义：钢丝绳因其承载能力高，柔软性好，自重轻，阻尼吸收等优良力学特性而广泛地用于机械，航空航天，煤炭，矿山，建筑，运输和海洋工程等领域。随着现代工业生产规模的不断扩大以及效率的日益提高，各领域对钢丝绳的质量性能提出了更苛刻的要求，如深部钻探等。因此，深入了解不同结构钢丝绳的力学特性、损伤失效机理，进而提出优化策略以提升其力学性能，增加安全系数，延长使用寿命等具有重要的工程意义。特别是异型股钢丝绳因其与绳轮接触面积大、股与股间接触点多、结构密度大等结构特征而具有各股钢丝受力均匀、运行平稳、磨损量少、抗压性好、强度高、寿命长等优良力学性质，这使得异型股钢丝绳在满足现代工业对钢丝绳不断提出的更高的力学性能要求方面具有很大优势。然而，由于其结构的复杂性，国内外钢丝绳的理论研究大多集中于圆股钢丝绳，对于异型股钢丝绳的研究甚少。钢丝绳的力学问题属于大变形小应变几何非线性问题及由其复杂的几何结构而造成的材料非线性与状态非线性等多重复杂的非线性问题，如弯扭耦合、不均匀弯曲、局部应力集中、接触塑性变形、摩擦、磨损、断裂、蠕变、大变形等。钢丝绳优良力学特性及其力学问题的复杂性皆源于钢丝绳的特殊的空间螺旋分层结构，因此，对于钢丝绳几何结构的快速精确参数建模是其力学性能分析与优化设计的前提。精确的力学模型（解析力学模型、有限元模型、动力学模型）与自动化 cad-cae-cao 联合仿真流程可为深入探索钢丝绳的力学特性与损伤失效机理，高效优化设计钢丝绳产品奠定基础。

（2）国内外研究现状：

1.2.1钢丝绳结构

2. 研究内容和预期目标

本课题将基于truegrid网格划分工具，通过命令流形式实现典型钢丝绳网格模型的参数化建立。具体工作内容包括：

（1）针对典型钢丝绳几何结构特征，建立通用的参数化模型；

（2）掌握truegrid软件命令流操作流程，构建钢丝绳有限元网格自动划分程序；

3. 研究的方法与步骤

（1）研究方法：

①采用资料收集法、文献法了解当前对于该课题研究现状及与该课题研究相类似的课题研究，多看多学。②采用边看边学法一边学习一边完善自己的课题。③采用集体研讨法，和导师和同学一起探讨学习，纠正自己的错误，也达到了监督的效果。

（2）步骤：

4. 参考文献

[1]. erdnmez, c. and c.e. imrak, modeling and numerical analysis of the wire strand. journal of naval sciences and engineering, 2009. 5(1): p. 30-38.

[2]. erdonmez, c. and c.e. imrak, a finite element model for independent wire rope core with double helical geometry subjected to axial loads. sadhana, 2011. 36(6): p. 995-1008.

[3]. fontanari, v., et al. structural behaviour of steel ropes subjected to heavy thermal transients simulating fire scenarios. in proceedings of the organizzazione internazionale trasporti a fune (oitaf) congress, rio de janeiro, brazil. 2011.

5. 计划与进度安排

1. 2022-2-24～2022-3-15收集资料，并完成英文文献翻译；

2. 2022-3-16～2022-3-25撰写开题报告，完成开题工作；

3. 2022-3-26～2022-4-10整理出典型钢丝绳几何结构特征；