鋼絲繩內(nèi)部磨損與斷裂機理研究

本書系統(tǒng)全面地介紹了鋼絲繩內(nèi)部微動摩擦磨損特性和斷裂失效機理方面的研究成果。主要內(nèi)容包括：探析鋼絲繩動力學特性及內(nèi)部鋼絲間接觸力學行為，研制鋼絲繩內(nèi)部摩擦磨損模擬試驗裝置，揭示不同接觸參數(shù)、接觸形式、干摩擦、脂潤滑、淋水、腐蝕、粉塵等復雜工況下鋼絲繩內(nèi)部微動摩擦特性和磨損機理，對比不同環(huán)境工況下不同接觸形式鋼絲間摩擦學行為，分析復雜工況下鋼絲剩余強度及疲勞壽命演變規(guī)律，以及揭示鋼絲繩內(nèi)部鋼絲斷裂失效機理。
本書具有較強的知識性、針對性和系統(tǒng)性，可供從事工程摩擦學相關的科研工作者、研究生以及技術人員閱讀參考，也可作為企業(yè)內(nèi)從事鋼絲繩設計、加工、維護、檢測的技術人員的參考資料。

鋼絲繩由于具有優(yōu)異的力學性能，被廣泛應用于國民經(jīng)濟建設的各個領域。然而，在使用過程中，鋼絲繩內(nèi)部股與股、絲與絲之間易產(chǎn)生微動磨損、腐蝕磨損以及疲勞損傷，進而導致鋼絲斷裂失效，嚴重影響鋼絲繩的承載能力和使用壽命。相比于外部磨損易于直觀檢測，鋼絲繩內(nèi)部磨損不易察覺，常表現(xiàn)為外部基本完好，但內(nèi)部磨損嚴重或斷絲多處，甚至在外部完好如新的情況下，其內(nèi)部也會出現(xiàn)局部的粉碎性斷裂，以致鋼絲繩的強度逐漸降低，最后達到強度極限而損壞。一旦鋼絲繩發(fā)生斷裂失效將導致重大事故。因此，開展鋼絲繩內(nèi)部磨損和斷裂問題的相關研究，能夠為鋼絲繩的結(jié)構(gòu)設計、合理選型、安全防護以及延長其服役壽命提供重要的基礎數(shù)據(jù)和理論支撐。
本書共分6章：第1章概述了鋼絲繩的應用背景，闡述了鋼絲繩內(nèi)部磨損與斷裂的研究意義；第2章基于鋼絲繩動力學模型，介紹了鋼絲繩動力學特性和內(nèi)部鋼絲間接觸力學行為；第3章確定了鋼絲繩內(nèi)部危險接觸區(qū)域和接觸形式，并基于此研制了鋼絲繩內(nèi)部摩擦磨損模擬試驗裝置；第4章介紹了干摩擦條件下，不同接觸參數(shù)、接觸形式下鋼絲繩內(nèi)部微動摩擦特性和磨損機理，以及不同接觸形式鋼絲間摩擦學行為隨接觸參數(shù)演變規(guī)律；第5章介紹了脂潤滑、粉塵、淋水以及腐蝕環(huán)境下鋼絲繩內(nèi)部微動摩擦學特性，對比不同接觸形式鋼絲在復雜環(huán)境中摩擦特性和磨損特征的差異，以及潤滑脂的減摩抗磨特性和粉塵顆粒的潤滑失效機理；第6章介紹了不同接觸參數(shù)和環(huán)境工況下鋼絲剩余強度與疲勞壽命演變規(guī)律，并揭示了鋼絲拉伸和疲勞斷裂失效機理，從而為延長鋼絲繩使用壽命提供重要基礎數(shù)據(jù)。
本書由徐春明、彭玉興合著。其中，徐春明老師負責第2章至第6章的撰寫以及本書的統(tǒng)稿和核校，彭玉興教授負責第1章的撰寫，并對書中的試驗方案和內(nèi)容安排提供了許多寶貴意見。本書的順利出版得益于國家自然科學基金面上項目（51975572）、國家重點研發(fā)計劃課題（2017YFF0210604）、宿遷市科技計劃項目（K202331）以及宿遷學院人才引進科研啟動基金項目（2022XRC039）的資助，在此表示衷心感謝。
限于作者水平，本書難免有疏漏之處，敬請讀者批評指正。

著者

第1章緒論1
1.1鋼絲繩的重要地位3
1.2鋼絲繩內(nèi)部磨損與斷裂的研究意義6
參考文獻8

第2章鋼絲繩內(nèi)部接觸力學特性11
2.1鋼絲繩動力學特性13
2.1.1鋼絲繩動力學模型15
2.1.2鋼絲繩動力學特性演變規(guī)律18
2.1.3提升負載對鋼絲繩動力學特性的影響20
2.2鋼絲繩內(nèi)部鋼絲間接觸行為22
2.2.1鋼絲間接觸力學理論模型22
2.2.2鋼絲間接觸力學仿真模型26
2.2.3鋼絲間接觸力學特性演變規(guī)律29
參考文獻42

第3章鋼絲繩內(nèi)部摩擦磨損模擬試驗裝置研制45
3.1鋼絲繩有限元仿真模擬47
3.1.1鋼絲繩有限元仿真模型47
3.1.2拉伸載荷下鋼絲繩應力應變分布規(guī)律51
3.2鋼絲繩內(nèi)部摩擦磨損模擬試驗臺56
3.2.1鋼絲繩內(nèi)部鋼絲間接觸形式56
3.2.2鋼絲摩擦磨損試驗裝置58
3.2.3試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)60
3.3摩擦磨損試驗方案設計過程62
3.3.1鋼絲材料性能62
3.3.2試驗參數(shù)選取過程62
3.3.3試驗結(jié)果分析方法63
參考文獻65

第4章干摩擦下鋼絲繩內(nèi)部摩擦磨損特性研究67
4.1不同接觸形式下鋼絲間有限元仿真模擬69
4.1.1鋼絲接觸有限元仿真模型69
4.1.2鋼絲間接觸應力分析70
4.2基于單一變量法的鋼絲間摩擦磨損特性72
4.2.1接觸力對摩擦磨損特性的影響規(guī)律72
4.2.2微動振幅對摩擦磨損特性的影響規(guī)律81
4.2.3交叉角度對摩擦磨損特性的影響規(guī)律87
4.2.4扭轉(zhuǎn)角度對摩擦磨損特性的影響規(guī)律93
4.3基于正交試驗法的鋼絲間摩擦磨損特性100
4.3.1正交試驗方案設計100
4.3.2正交試驗結(jié)果分析101
4.4不同繩股結(jié)構(gòu)下鋼絲間摩擦磨損特性103
4.4.1摩擦系數(shù)演變規(guī)律103
4.4.2滯回曲線演變規(guī)律104
4.4.3磨損深度演變規(guī)律106
4.4.4磨損量演變規(guī)律107
4.4.5鋼絲磨損機理108
參考文獻110

第5章復雜環(huán)境下鋼絲繩內(nèi)部摩擦磨損特性研究113
5.1鋼絲繩服役環(huán)境概述115
5.2不同環(huán)境下鋼絲摩擦系數(shù)演變規(guī)律117
5.2.1脂潤滑條件117
5.2.2不同礦物顆粒對比118
5.2.3礦石復合潤滑脂潤滑條件121
5.2.4淋水環(huán)境122
5.2.5酸腐蝕條件122
5.2.6不同環(huán)境工況對比124
5.3不同環(huán)境下鋼絲磨損深度演變規(guī)律125
5.3.1脂潤滑條件125
5.3.2不同礦物顆粒對比125
5.3.3礦石復合潤滑脂潤滑條件127
5.3.4淋水環(huán)境127
5.3.5酸腐蝕條件128
5.3.6不同環(huán)境工況對比129
5.4不同環(huán)境下鋼絲磨損量演變規(guī)律130
5.4.1脂潤滑條件130
5.4.2不同礦物顆粒對比131
5.4.3礦石復合潤滑脂潤滑條件132
5.4.4淋水環(huán)境132
5.4.5酸腐蝕條件133
5.4.6不同環(huán)境工況對比134
5.5不同環(huán)境下鋼絲磨損機理演變規(guī)律135
5.5.1脂潤滑條件135
5.5.2不同礦物顆粒對比137
5.5.3礦石復合潤滑脂潤滑條件141
5.5.4淋水環(huán)境143
5.5.5酸腐蝕條件145
5.5.6不同環(huán)境工況對比147
參考文獻148

第6章鋼絲繩內(nèi)部失效行為研究149
6.1磨損鋼絲拉伸斷裂行為151
6.1.1鋼絲磨損深度演變規(guī)律151
6.1.2鋼絲破斷力演變規(guī)律155
6.1.3拉伸斷裂失效機理158
6.2鋼絲疲勞斷裂行為161
6.2.1干摩擦下鋼絲疲勞壽命162
6.2.2復雜環(huán)境下鋼絲疲勞壽命164
6.2.3疲勞斷裂失效機理166
參考文獻169