Bending fatigue characteristics of corroded wire ropes

The corrosion of a wire rope reduces its life expectancy. In this study, repeated bending tests were conducted using a bending fatigue tester by changing the tensile load and corrosion time of wire ropes, which were the same type as those used in elevators. The number of broken wires was studied, and a tensile test was conducted for cases in which the fracture was severe. The effect of corrosion fatigue on life expectancy was considered by comparing fracture strength values and observing fracture surfaces. The results indicate that an increase in accumulated corrosion fatigue, a greater tensile load, and repeated bending cycles may yield a rapid decrease in fracture strength and an increase in the number of broken wires. Therefore, it is concluded that corrosion fatigue is an important factor that decreases the life expectancy of wire rope.     

微米尺度铜键合丝疲劳性能研究

目前,铜键合丝广泛用于集成电路、电子封装等领域,但是铜丝在制造和键合的过程中受到的局部应力和摆动,会不可避免地产生疲劳问题。通过一套以自激振动为原理组装的微结构疲劳试验装置,对不同直径的微米级铜键合丝进行对称弯曲疲劳性能测试。试验结果表明:该试验装置能够成功地对微米级铜丝进行对称弯曲疲劳性能试验;无论是屈服强度、抗拉强度还是弹性模量,直径20μm的铜丝均高于直径30μm、40μm的铜丝,表现出明显的尺寸效应;所有铜丝的疲劳寿命集中在4.5×104~1×107;在相同应力条件下,铜丝的疲劳寿命随着铜丝直径的增加而减小;直径20μm、30μm、40μm的铜丝对应的疲劳强度(N=106)分别为147 MPa、97 MPa、70 MPa。从扫描电子显微镜的断口分析结果可以看出拉伸断口为凿峰状,断口周围表面出现许多相间的条状拉拔痕迹;疲劳断口为平齐正断,两条裂纹起源于试样表面,瞬断区为窄条状。     

基于有限元的多股螺旋弹簧疲劳寿命预测

针对多股螺旋弹簧（多股簧）的疲劳失效问题,以阿联酋某企业使用的特种多股簧为研究对象,通过有限元仿真分析多股簧的应力应变历程并利用子模型技术进行了应力应变的精确计算,通过静态响应试验验证了有限元模型的正确性;进行了钢丝材料试验,结合Manson模型推导出多股簧材料的疲劳性能参数;结合多股簧的应变和疲劳寿命预测模型预测了多股簧的疲劳寿命,并进行试验验证。研究结果表明：多股簧承载时,弹簧端部承受的应力较大,最大应力点位于外层钢丝且外层钢丝主要承受弯曲应力,与弹簧端部位置处外层钢丝疲劳断裂现象吻合; 静态响应仿真与实测值误差不超过5%;由SWT准则预测得到的疲劳寿命与试验疲劳寿命较为吻合,且预测疲劳断裂区与实际断裂区一致。     

起重机钢丝绳关键部位磨损失效机理研究

针对现有起重机钢丝绳的失效形式,从处于负载工作状态钢丝绳的三个关键部位-自由段、与滑轮接触啮合段和滚筒缠绕段-分析钢丝绳的受力状况,尤其分析钢丝绳受到的挤压力和摩擦力,导出钢丝绳内股与股和丝与丝之间、钢丝绳与滑轮之间、钢丝绳与滚筒上缠绕钢丝绳之间的摩擦磨损机理,为实际工作提供了指导的理论依据。     

集装箱起重机钢丝绳的选用

钢丝绳是集装箱起重机使用中的主要绕性构件,根据起重机的工作级别、工作载荷、滑轮和滚筒的技术参数、合理选择钢丝绳的直径、结构形式和公称抗拉强度,对保证集装箱起重机安全、经济、高效的生产作业是十分重要的。     

防爆电梯曳引轮和曳引钢丝绳的摩擦能量及温升分析

介绍了曳引轮绳槽和曳引绳之间出现滑动的3种情况。对防爆货梯和防爆客梯进行了摩擦能量计算和摩擦表面温升计算,对容易产生摩擦的电梯曳引轮和曳引钢丝绳在运行中的摩擦生热问题,利用有限元方法做了模拟仿真分析,以确定其在防爆方面的性能。     

基于电液伺服系统的多绳缠绕式提升机浮动天轮主动调绳性能研究

在多绳缠绕式超深矿井提升机运行过程中,采用基于电液伺服系统的浮动天轮主动调绳装置,调节钢丝绳的张力。根据浮动天轮主动调绳装置的结构和原理建立阀控缸液压伺服系统的数学模型,设计了电液伺服系统的模糊自适应PID控制器,提出了一种基于模糊自适应PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法,并建立了相应的数字仿真模型,以不同扰动频率的正弦函数输入模拟钢丝绳的振动,分析了液压缸的动态特性。仿真结果证明了采用模糊自适应PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性。     

影响钢丝绳疲劳断裂的因素及提高疲劳寿命的技术措施

讨论了影响航空钢丝绳疲劳断裂的因素,通过试验研究热处理过程中钢丝完全索氏体化和不完全索氏体化时对钢丝绳的疲劳寿命影响,研究了拉拔时总压缩率、部分压缩率对钢丝绳的疲劳寿命影响,找出了能够提高疲劳寿命的技术措施。     

氮化硅陶瓷球滚动接触疲劳寿命模型

针对球与圆柱接触模型中的陶瓷球,利用WEIBULL断裂统计方法导出球疲劳失效概率与寿命之间的关系方程,在相关额定寿命与最大接触应力的数值解基础上,基于最大主拉应力,构建氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳寿命与接触应力的数学模型.经与不同接触应力水平下的滚动接触疲劳寿命试验结果验证,表明该拉应力一寿命模型的正确性,从而验证了氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳失效源于最大主拉应力,而非基于最大切应力的设想.通过与L.P切应力一寿命模型预测结果的比较,表明拉应力一寿命模型适合于陶瓷球的接触疲劳寿命预测.     

水下绳锯机串珠绳张力检测装置的动态特性研究

介绍了水下绳锯机串珠绳张力检测装置组成和工作原理.对检测装置中导向绳轮的动力学特性进行了理论分析,推导出了张力检测装置静态标定时的理论修正公式,试验结果与理论修正结果基本吻合,从而证明了理论修正公式的合理性.应用此公式对张力检测装置进行现场静态标定,海上试验表明,张力检测装置达到了预期设计要求,绳锯机能安全高效的工作.     

随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估

从固定载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估模型出发,根据迈因纳线性疲劳建立了随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估公式。应用它预知钢丝绳的疲劳寿命,有助于保证安全生产,又能节约钢丝绳使用成本。但该预估公式的综合安全系数最优取值,还需在实践中做进一步研究。     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。     

A study on tensile and fatigue properties of aged NAS 254N stainless steel at elevated temperatures

The effects of aging on tensile properties and fatigue crack growth behaviors of NAS 254N stainless steel was studied. Yield strength and ultimate tensile strength of the aged specimens were almost the same as the as-received (as-rec.). The fracture strain, however, was decreased significantly by the aging, and the fracture surface of the aged at room temperature (RT) test was intergranular. As test temperature increased, yield strength, ultimate tensile strength and elongation decreased. And a type of serration was observed at 550-650°C As strain rate decreased, yield strength and ultimate tensile strength decreased, but elongation increased. It was observed that tensile strength and strain had a sudden change at one point. And this critical temperatureT _cr was 550°C. The effect of aging time on the tensile strength and strain was also investigated. Tensile strength and strain decreased significantly beyond 100hrs. Fatigue crack growth rate at RT was enhanced by the aging at high stress intensity factor range. This is due to the occurrence of the intergranular fracture in the aged specimen. At 650°C, the fatigue crack growth behavior was almost the same without intergranular fracture.     

载荷形式对疲劳寿命预测方法的影响

用力学分析方法解析了多种载荷条件下试件断面上各点应力分布规律,并根据这个分布规律由现有的大量旋转弯曲疲劳寿命实验数据推算同样材料的其他载荷形式下的疲劳寿命。同时,在旋转弯曲载荷条件下,通过建立试件表面应力应变与名义应力应变关系式,如何得出在单向拉压圆形试件名义与应力与旋转弯曲圆形试件表面应力相等时,通过试件断面上的应力梯度值和材料的静拉伸强度值,可以简便地预测出材料任何尺寸大小、一定应力水平下的疲     

LZ50钢车轴的旋转弯曲疲劳性能

在LZ50钢车轴上制取了光滑试样和环形缺口试样,按照AAR M-101-2009新标准测试了其旋转弯曲疲劳性能,并观察了断口形貌。结果表明:光滑试样的旋转弯曲疲劳裂纹萌生于试样表面,而环形缺口试样的裂纹萌生于缺口前缘,并呈多源开裂形式,两种试样均形成与轴向垂直的平断口;当车轴的拉伸强度提高5%后,其光滑试样旋转弯曲疲劳性能也得到明显提高,环形缺口试样虽中值疲劳强度比光滑试样的降低18%,但其旋转弯曲疲劳极限缺口敏感系数仍与国外碳素钢车轴保持在同一水平上。     

非对称齿廓齿轮弯曲疲劳强度理论分析与试验

为提高齿轮承载能力设计齿轮两侧压力角不等的非对称渐开线新齿形,推导双压力角非对称齿廓齿轮工作齿侧与非工作齿侧的渐开线齿廓方程和齿根过渡曲线方程,通过迭代计算和优化策略提出非对称齿廓齿轮疲劳强度解析法计算公式。编制生成非对称齿轮齿廓的参数化程序,在此基础上建立非对称齿廓齿轮有限元分析模型。通过解析法对不同压力角组合的非对称齿廓齿轮弯曲应力和危险截面位置计算得出,随着工作齿侧压力角的增大齿根最大弯曲应力逐渐降低,单齿啮合区向齿顶偏移;通过对有限元模型进行计算得出的结果与解析法一致,应用最小二乘法拟合出非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力随工作齿侧压力角变化的计算公式。采用数控电火花线切割方法加工制造非对称与标准齿廓齿轮,在高频疲劳试验机上采用双齿脉动加载方法对其进行疲劳强度试验。试验结果表明,非对称齿廓齿轮在相同寿命下比对称齿轮极限载荷提高了50%,非对称齿廓齿轮的应力值变化趋势与前两种方法是一致的。     

复合应力对接触疲劳的影响

作者采用统计学的实验和数据处理方法,研究复合应力对接触疲劳的影响。实验结果表明,附加拉伸弯曲应力显著地缩短接触疲劳寿命。而压缩弯曲应力的影响,则取决于它的数值大小。较小的附加压缩应力能够增加疲劳寿命,而大的压缩应力将促进疲劳发生。存在一个临界压缩弯曲应力值,此时疲劳寿命为最大值。根据实验结果,作者就通常计算接触疲劳强度所采用的几种决定应力的适用性提出分析和评价。以最大的表面剪切应力作为决定应力更适合于接触疲劳问题,复合应力作用下的接触疲劳裂纹可能发源于金属表面。     

50CrVA钢弹性钳夹的机械性能研究与应用

分析了50CrVA钢弹性钳夹的失效机理，并在相似的工况条件下进行疲劳和磨损试验。结果表明：钳夹的主要失效是疲劳断裂和磨损。通过优化热处理工艺可以显著提高钳夹的疲劳寿命，同时在钳口处进行激光局部热处理，改善了钳口的耐磨性，使弹性钳夹的整体寿命有了显著的提高。     

A concise finite element model for simple straight wire rope strand

Due to its complex geometry, a wire in a rope is subjected to the combined effects of tension, shear, bending, torsion, contact, friction and possible local plastic yielding when loaded. In this paper an accurate and general strand model using the finite element method (FEM) is presented. The model is capable of taking into account all the above effects and has been successfully used to predict the global behaviour of simple straight wire rope strand as well as the stress distribution within the wires under axial loads (tensile and torsional). In simplifying the finite element model, precise boundary conditions were developed. The finite element analysis results showed excellent agreement with the analytical theory of Costello and the experimental results of Utting and Jones. By using the model developed in this paper, localised highly non-linear phenomena such as contact stress, residual stress, friction and plastic deformation can be studied effectively.     

微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化的影响*

微动疲劳易引起钢丝表面磨损和横截面积损失,进而造成钢丝断裂失效并缩短钢丝绳使用寿命。不同微动疲劳参数（接触载荷、疲劳载荷、钢丝直径和交叉角度）引起差异的钢丝微动疲劳磨损特性,故研究微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化规律影响至关重要。基于摩擦学理论和Marc仿真软件构建钢丝微动疲劳磨损模型,探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度和钢丝直径对钢丝微动疲劳磨损演化的影响规律。结果表明：钢丝微动疲劳磨损体积主要与接触载荷和疲劳载荷有关;疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积随着接触载荷的增加而增大,且不同接触载荷下疲劳钢丝磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;随疲劳载荷幅值的增加,疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积均呈增加趋势;在不同疲劳载荷范围下疲劳钢丝的磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;当接触载荷、疲劳载荷及钢丝间摩擦因数相同时,不同交叉角度和不同加载钢丝直径下疲劳钢丝的磨损体积相同。