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)申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計及理論指導(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重要依據(jù)。帶尼龍繩槽襯墊滑輪工作初期時，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)。實驗表明，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，本文還對岸邊集裝箱裝卸橋上因失效而報廢的鋼絲繩樣繩進(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磨損所致。這種微

3、動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位移為微米級。這種微觀條紋為研究其微動磨損機(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)件疲勞壽命的一個參數(shù)。初步的試驗結(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驗室研究，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。該工藝對提高鋼絲機(jī)械性能，降低鋼絲熱處理的鉛污染均有實