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复杂钢丝绳。电梯模型

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图 1:钢丝绳的捻度类型:(a) 右普通捻度,(b) 左普通捻度,(c) 右方法,(d) 左方法
作者:C. Erdönmez1、CE İmrak2 和 Ö。 萨尔曼2
1土耳其海军学院,土耳其数学系科学系主任,
2伊斯坦布尔技术大学,机械工程学院,机械工程系,土耳其
该论文发表于 电梯 美国 2012 年国际垂直运输技术大会,并首次在 A. Lustig 编辑的 IAEE 书籍 Elevator Technology 19 中发表。 经国际电梯工程师协会许可转载 伊利 (网站: www.elevcon.com)。 本文为精确转载,未经 ELEVATOR WORLD 编辑。

关键词:钢丝绳,建模,电梯,有限元分析。

抽象

钢丝绳有许多实际应用领域,其中一些是电梯、桥梁、起重系统、矿山、起重机等。钢丝绳是使用螺旋形钢丝设计的。 在建模问题期间使用单螺旋线和双螺旋线。 钢丝绳的基本部分称为股线。 独立钢丝绳芯 (IWRC) 由缠绕钢丝股构成。 为了对更复杂的钢丝绳(例如 Seale IWRC)进行建模,将 Seale 零件缠绕在 IWRC 上。 在本文中,提出了 IWRC 的复杂建模问题。 数值模型提供了对钢丝绳应用过程中面临的问题进行测试的机会。 所提出的模型给出了特定钢丝绳模型内的钢丝的逐线数值结果。

1. 简介

钢丝绳的理论始于对爱(Love,1944)的早期研究。 同时,Costello 在 1990 年代的参考书中收集了钢丝绳理论的一般方面(Costello,1990)。 后来 Phillips 和 Costello 在 (Phillips and Costello 1985) 中介绍了内部钢丝绳芯的分析。 1980 年至 1990 年(Velinsky 等人,1984 年,Velinsky 1989 年)的文献中介绍了许多介绍钢丝绳一般特性的论文。 最近姜等人。 在 (Jiang et.al. 1999, Jiang et.al. 2000) 中提到了简单直链的有限元模型描述。 在(Elata 等人,2004 年)中介绍了一项关于带有 IWRC 的钢丝绳机械性能的有趣研究。 描述了递归建模的分析程序和钢丝绳绞合绳索的分析程序,并且在(Usabiaga 和 Pagalday 2008)中表示了不同负载条件下的一些结果。 (Wang et.al. 1998, Wang et.al. 2002) 中提到了数学和几何模型和结构。 最近,Erdönmez 和 İmrak 在(Erdönmez 和 İmrak 3,İmrak 和 Erdönmez 2011)中以真实 2010D 方式描述了钢丝绳的几何模型构造。

钢丝绳的抗拉强度是其重要特性之一。 钢丝绳在矿山、起重、起重机、铁路等领域有着广泛的应用。钢丝绳的分类取决于其几何设计方式。 它的基本组成部分是一个简单的直线股(WS),它是由一条直线缠绕着六根单螺旋线组成的。 一根独立钢丝绳芯(IWRC)由一根WS作为芯股组成,六股外股由单股和双股螺旋钢丝组成。 IWRC 还用作更复杂的钢丝绳的芯,例如 Seale 和 Warrington 型 IWRC。 此外,钢丝绳按其捻距分类。 右常规捻距、右横捻、左常规捻、左横捻和交替捻型可以是钢丝绳的一些铺设类型。 图 1 描述了钢丝绳的绞合类型。这些名称取决于钢丝绳的方向,并且钢丝绳内的钢丝方向贯穿始终。

在本文中,描述了 WS 和 IWRC 的 3-D 模型生成和轴向载荷。 由于其复杂的形状,钢丝绳实体模型的生成固有一些复杂的问题。 考虑了线的螺旋结构,并以网格实体形式构建了单螺旋和双螺旋几何结构。 首先对问题的网格几何进行建模,并将组装好的钢丝绳实体模型引入 Abaqus。 使用 Abaqus 应用边界条件来解决 WS 和 IWRC 的轴向载荷问题。 分析过程中使用了 8 节点简化集成砖单元。 在考虑摩擦效应的同时考虑了钢丝绳的弹性和塑性行为。 使用 3-D 计算模型的钢丝绳分析给出了基于线的结果。 因此,可以研究钢丝绳每个组件在特定负载条件下的行为和重要性。 这种分析方法可用于更复杂的问题,例如钢丝绳在滑轮上弯曲。 由于问题的几何结构复杂,在模型网格尺寸增加的同时,需要大量的计算机CPU时间资源来解决问题。 出于这个原因,并行计算机在钢丝绳问题的解决阶段是首选。

2. 钢丝绳数学模型

单螺旋线是通过使用以下定义的一般螺旋方程形成的,

复杂钢丝绳模型升降机方程 1
(公式 1)

哪里 复杂钢丝绳模型升降机方程 1a , r 和 p 分别表示螺旋线的转角、半径和螺距长度。 对于双螺旋线,芯线的中心线为单螺旋形,定义为:

复杂钢丝绳模型升降机方程 2
(公式 2)

另一方面,外部六根双螺旋线由以下等式组成,

复杂钢丝绳模型升降机方程 3
(公式 3)

4。 结论

在这项研究中,开发了钢丝绳的一般 3-D 模型生成问题。 生成的 3-D 模型提供了详细分析钢丝绳的机会,并提供了有关钢丝绳的逐线信息。 由于这些优点,所提出的数值模型可用于解决更复杂的问题,例如钢丝绳上的滑轮弯曲问题。 此外,通过使用开发的代码,完成了组装 3-D 钢丝绳模型的构建,顺便说一下,建模实体钢丝绳几何所需的时间大大减少。

参考文献:
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Elata, D.、Eshkenazy, R. 和 Weiss, MP (2004)。 “具有独立钢丝绳芯的钢丝绳的机械性能”,国际固体与结构杂志 41:1157-1172。
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用于数值分析的基于螺旋结构的几何”,Strojniški ventnik – Journal of Mechanical Engineering 57, 4, 283-292 DOI:10.5545/sv-jme.2009.006。
Imrak, CE 和 Erdönmez, C. (2010)。 “关于带有轴向载荷的钢丝绳模型生成问题”,数学与计算应用,15(2):259-268。
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