表面損傷對鋼絲繩的彎曲疲勞性能影響研究.pdf

1、表面損傷對鋼絲繩彎曲疲勞性能影響較大,是造成鋼絲繩過早失效的主要原因之一,因此,開展表面損傷鋼絲繩的疲勞性能影響研究,掌握其疲勞規(guī)律和損傷機制有著重要的工程意義。
　　本文在自制的鋼絲繩彎曲疲勞試驗平臺上,研究表面損傷對繞輪工作鋼絲繩的彎曲疲勞行為,結(jié)合人工檢測和無損檢測方式,采用掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡等儀器分析鋼絲繩的疲勞損傷機理,考察損傷形式、疲勞次數(shù)對鋼絲繩的斷絲數(shù)、磨損量、損傷量值(金屬有效截面積的損失率)及疲勞壽命、

2、疲勞失效的影響。運用計算機仿真軟件,開展有表面損傷的1×7IWS鋼絲繩繞尼龍輪彎曲時的靜力學(xué)分析和疲勞壽命預(yù)測,并將計算結(jié)果和部分實驗現(xiàn)象進(jìn)行探討。試驗研究結(jié)果表明:
　　(1)表面斷絲改變了繩股內(nèi)鋼絲的應(yīng)力狀態(tài),且在高應(yīng)力作用下碾壓相鄰側(cè)鋼絲,造成了表面斷絲處及相鄰捻距內(nèi)斷絲的局部聚集和嚴(yán)重磨損,并加速了斷絲的增長速率,降低了鋼絲繩的疲勞壽命。由于鋼絲繩的過早報廢,其綜合損傷量值整體較低,人工檢測判定報廢時,鋼絲繩的損傷量值仍未

3、到達(dá)無損檢測損傷上限。
　　(2)表面磨損減少了鋼絲繩的有效承載截面積,降低了其承載能力。在鋼絲磨損面形成應(yīng)力集中,產(chǎn)生了斷絲的聚集,整繩依據(jù)人工檢測被判報廢。磨損處鋼絲斷裂機制主要是磨損斷裂和疲勞斷裂。鋼絲磨損處易形成疲勞源,在復(fù)合應(yīng)力的作用下,裂紋逐步擴展,導(dǎo)致鋼絲疲勞斷裂。鋼絲繩內(nèi)部股與股之間接觸鋼絲相互作用產(chǎn)生了微動磨損斷絲。
　　(3)表面腐蝕損傷了鋼絲表層材料的組織,產(chǎn)生銹蝕痕跡和腐蝕坑。腐蝕區(qū)域的斷絲較為集中,

4、其綜合損傷量值較大,但整繩仍依據(jù)人工檢測被判報廢。表面腐蝕鋼絲繩的疲勞機制主要是陽極溶解引發(fā)裂紋萌生,在腐蝕和疲勞的交互作用下,鋼絲表面的腐蝕坑產(chǎn)生應(yīng)力集中,導(dǎo)致鋼絲最終疲勞斷裂,且其裂紋擴展區(qū)域的斷口形貌均為準(zhǔn)解理斷裂,表面存在腐蝕后的微孔。
　　(4)由仿真結(jié)果可知,表面損傷鋼絲的等效應(yīng)力值隨磨損深度的增加而增加,且磨損增大了相鄰股鋼絲的變形量。在疲勞載荷的作用下,磨損處鋼絲的疲勞壽命預(yù)測值最低,且隨磨損深度增加而呈快速下降趨