鋼絲繩的疲勞行為特征與損傷機(jī)理研究.pdf

1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文鋼絲繩的疲勞行為特征與損傷機(jī)理研究姓名：廖紅衛(wèi)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：陶德馨20061201武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文繩是否與滑輪繩槽匹配的一個(gè)重要依據(jù)。帶尼龍繩槽襯墊滑輪工作初期時(shí)，其尼龍繩槽的磨損量比較大，但經(jīng)磨合后，磨損量大大下降，并趨于平穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)表明，使用帶尼龍繩槽的滑輪，鋼絲繩的壽命比使用鋼質(zhì)滑輪至少提高1倍以上，其機(jī)理為：尼龍繩槽能使鋼絲繩的外層絲磨損比繞鋼質(zhì)滑輪工作鋼絲繩的小得

2、多；斷絲斷口具有平滑的疲勞裂紋源區(qū)、較寬且分布大量二次裂紋的疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)及較窄的撕裂區(qū)。為了探索起重機(jī)鋼絲繩疲勞損傷特征和機(jī)理，本文還對(duì)岸邊集裝箱裝卸橋上因失效而報(bào)廢的鋼絲繩樣繩進(jìn)行了疲勞斷絲的失效分析。結(jié)果表明：繩股疲勞斷絲斷口的裂紋源位于鋼絲表面層，且較光滑。疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)較大，分布了細(xì)小的二次裂紋。而瞬斷區(qū)較小，呈現(xiàn)明顯的撕裂棱形態(tài)。股芯疲勞斷絲斷口裂紋源也位于鋼絲的表面層，但裂紋源的產(chǎn)生是股芯中絲與絲之間的微動(dòng)磨損所致。這種微

3、動(dòng)磨損不僅在鋼絲的側(cè)面產(chǎn)生磨損面，而且在磨損面上形成了排列規(guī)則、間距為3衄1左右的微觀條紋。因此可以確定其微動(dòng)位移為微米級(jí)。這種微觀條紋為研究其微動(dòng)磨損機(jī)理提供了重要的基礎(chǔ)。由疲勞斷裂鋼絲的顯微組織分析可知，鋼絲繩疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)出現(xiàn)二次裂紋的主要的原因是：一方面，鋼絲在斷裂擴(kuò)展過(guò)程中，承受了復(fù)雜的外應(yīng)力和組織內(nèi)應(yīng)力的疊加：另一方面，鋼絲中纖維組織的織構(gòu)導(dǎo)致材料出現(xiàn)各向異性。從銅絲繩疲勞斷絲斷口的特征出發(fā)，提出了基于圖象處理的二次裂紋斷口

4、定量分析方法。它主要用于出現(xiàn)了數(shù)量較多、尺寸較大的二次裂紋的疲勞斷口，將疲勞斷口上分布的二次裂紋面積率作為定量分析構(gòu)件疲勞壽命的一個(gè)參數(shù)。初步的試驗(yàn)結(jié)果表明，二次裂紋面積率與疲勞壽命之間有較好的相關(guān)性。為了進(jìn)一步提高鋼絲繩的抗疲勞性能，本文還進(jìn)行了用聚乙稀醇水溶液水浴淬火索氏體化處理替代鉛浴處理的實(shí)驗(yàn)室研究，找到了一種能使鋼絲得到細(xì)而均勻的索氏體組織和具有較高顯微硬度值的熱處理工藝。該工藝對(duì)提高鋼絲機(jī)械性能，降低鋼絲熱處理的鉛污染均有實(shí)