轴向载荷下钢丝绳有限元分析及可靠度模型*

林 海 曾世龙

甘肃省特种设备检验检测研究院 兰州 730050

0 引言

钢丝绳由于其独特的螺旋扭曲结构和机械性能，广泛用于航空航天，交通与建筑等领域。安全可靠地使用钢丝绳是确保工程运行的安全重要保障，影响着生产效率和工作人员的人身安全。如果电梯钢丝绳断线不加以处理，可能会导致严重的事故和灾难[1]。例如，2013 年，某次电梯事故造成7人受伤，其中3人伤势严重。涉及电梯和自动扶梯的事故每年在美国造成31人死亡，约17 000人重伤。故设计安全可靠的钢丝绳已在理论研究与工程应用中受到广泛关注。

许多研究人员提出了一系列数学模型计算钢丝绳的整体机械性能。但由于这些模型在计算中的简化，加工过程与实际情况存在偏差。且有些模型计算过程复杂，很难将相关的计算结果直接用于工程实践。Kraincanici等[2]研究了钢丝绳的机械性能，但强度较高的钢丝绳，不仅对测试设备的要求很高，且仅能获得一些宏观力学指标。因此，很多学者借助有限元仿真获得钢丝绳的力学性能，能获得很多有用的微观力学指标。Nawrocki等[3]考虑了钢丝之间的相对运动提出了一种基于笛卡尔等参公式的钢丝绳有限元模型，该模型利用钢丝绳的线旋转控制钢丝绳的轴向运动，利用线滑动控制了钢丝绳弯曲运动。Judge等[4]建立了多层螺旋绞线电缆的3D有限元模型，并编写了新程序生成模型复杂的几何形状和划分有限元网格。Foti等[5]提出了模拟轴向扭转载荷的钢丝绳新模型。……