摘 要

本文对钢丝绳的基本几何结构进行了分析，设计保持平直状态的几何模型，对四种不同类型的钢丝绳有限元模型的建立过程进行了研究，并借助有限元模型探讨了钢丝绳内部的应力和位移状况。

主要研究内容包括：根据钢丝绳空间的结构特性，使用Abaqus、AutoCAD、UG等建模软件建立钢丝绳几何实体模型，经过三种几何建模方法的比较和分析，确定采用UG软件来实现钢丝绳的几何建模部分，创建了1×7IWS型独立钢丝绳、7×7IWS型钢丝绳右同向捻制和右交互捻制的两种、19×7IWS型钢丝绳的几何模型。以有限元软件Abaqus为工作平台，创建了右同向捻和右交互捻7×7IWS型钢丝绳的有限元模型，并对其进行应力和变形后处理，得到钢丝绳中心丝明显应力大于其他层，钢丝的所处位置及捻合方式对应力分布有较大影响，右同向捻钢丝绳整体分布的应力和内部变形均大于右交互捻，证明所建钢丝绳有限元模型与实际情况一致，可用于实际分析。

关键词：钢丝绳；几何模型；有限元模型；应力分析

Abstract

In this paper, the geometrical shape of steel wire ropes is analyzed,and the geometric model of wire rope is designed.the finite element model of four kinds of steel wire rope is studied,the stress and displacement of the steel wire rope are discussed by using the finite element method.

The main research contents include:According to the structure characteristic of the steel wire rope space,using Abaqus, AutoCAD, UG those modeling software to establish the geometric model of the steel wire rope.After comparing and analyzing the three kinds of geometrical modeling methods, the UG modeling software is used to realize the geometry modeling of the wire rope.The geometric model of 1 * 7IWS type steel wire rope, right twisted and left twisted 7 * 7IW type steel wire rope,19 * 7IWS type steel wire rope is created.Using the finite element software Abaqus as the working platform, the finite element model of two kinds of 7 * 7IWS type steel wire ropes is created, its stress and deformation are processed.The core wire of the wire rope is obviously higher than other layers, the position of the steel wire and the twist direction have great influence on the distribution of the steel wire,the stress and deformation of the right same direction lay wire rope is larger than that of the right interactive twist.It is proved that the finite element model of the steel wire rope is consistent with the actual situation and can be used in practical analysis.

Key Words：steel wire rope；geometric model；finite element model；stress analysis

目 录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究的发展历程和近况 1

1.3本文研究内容及论文结构 2

第二章 钢丝绳几何模型的建立 4

2.1 钢丝绳建模方法介绍与比较 4

2.1.1 ABAQUS命令流建模 4

2.1.2 AutoCAD建模 5

2.1.3UG建模 6

2.2 钢丝绳几何建模 7

2.2.1 1×7IWS型钢丝绳几何建模 7

2.2.2 7×7IWS型钢丝绳几何建模 9

2.2.3 19×7IWS型钢丝绳几何建模 11

第三章 钢丝绳有限元模型的建立 13

3.1 有限元法及有限元软件简介 13

3.1.1 有限元分析理论概述 13

3.1.2 有限元软件ABAQUS简介 13

3.2 7×7IWS型钢丝绳有限元模型及边界条件 14

3.2.1 7×7IWS型钢丝绳有限元模型建立 14

3.2.2 接触模型及边界条件 16

第四章 模拟仿真结果与分析 18

4.1 等效应力仿真结果与分析 18

4.1.1 右同向捻7×7IWS型钢丝绳模型等效应力与分析 18

4.1.2 右交互捻7×7IWS型钢丝绳模型等效应力与分析 20

4.2 位移仿真结果与分析 22

第五章 结论与展望 24

参考文献 25

致　谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

钢丝绳是在我们实际生活和工程中，提供了承载荷重、约束和牵引重物等等作用并且应用范围很普遍的一种挠性绳索，由多根细钢丝拧成，首先将钢丝先按一定捻向捻成股，由若干股再单独按一定捻向捻成绳所得到的。位于中间的纤维绳称绳芯，捻在绳芯周围的钢丝叫绳股，绳股是由一定形状和数量的钢丝拧成的一层或多层螺旋状而形成的。

实际所用的钢丝绳有很多不同的种类，可以按钢丝截面的形状分类，也可按捻制的钢丝总层数来分类等等，就钢丝捻制成股时的方向和股捻制成绳时的方向是否不同来说，钢丝绳可分为同向捻钢丝绳、交互捻钢丝绳。在同向捻钢丝绳中又可分为右同向捻（ZZ）和左同向捻（SS），在交互捻钢丝绳中又可分为右交互捻（SZ）和左交互捻（ZS）两种。

钢丝绳与其他绳索比较，具有自身强度高、不容易突然从中间折断、重量较轻、工作状态稳定可靠等优势，所以被广泛用于矿产、船舶、建筑、资源开发、林业以及通信等多种领域。例如对于起重用钢丝绳，在煤矿、油田、机械运输吊车起重作业的过程中，钢丝绳作为吊缆承受了悬吊重物的重力；而对于运用于船舶、海上平台的系泊定位缆绳，需要钢丝绳对一定大型结构进行定位作用；另外对于用来货运或缆车的钢丝绳，则是作为了轨道的形式来运输货车或物资等，在承重的同时还提供了牵引力来控制货运。