温度效应下变长度绳索内部螺旋钢丝的微动响应基础研究

本项目以运输提升系统中的关键组成部分-绳索为研究对象，以避免发生提升系统重大安全事故为目标，采用理论、仿真与实验相结合的方法，开展温度效应下变长度绳索内部螺旋钢丝的微动响应基础研究。建立承载与温度效应下的绳索本构模型，运用哈密顿原理推导缠绕过程脉冲干扰因素下具有任意集中质量的变长度绳索耦合振动控制方程，掌握其张力、扭转等振动行为；运用微分几何学与Love曲杆理论，建立绳索内部螺旋钢丝的几何与力学模型，掌握承载与温度效应下钢丝截面几何特征以及拉伸、弯曲与扭转应力变化规律；运用接触力学理论和有限元方法，建立变长度绳索耦合振动与内部螺旋钢丝微动响应参数之间的关联数学模型，掌握绳股之间、丝与丝之间的接触应力、滑移速率等微动行为。研究成果可为复杂工况下绳索的选型与几何结构设计提供参考依据，为绳索内部螺旋钢丝强度的评估及其寿命预测提供理论支撑。

基于绳槽结构特征和天轮偏摆特性，建立了缠绕过程绳索的干扰冲击数学模型；基于连续体振动力学理论、运用哈密顿原理，建立了变长度绳索耦合振动力学模型，基于非光滑动力学建模思想，建立了多绳并联变长度振动模型，给出了变长度振动系统的响应求解方法，研究了变长度绳索提升系统纵向和扭转耦合振动特性；基于多自由度离散耦合振动思想，构建了变长度绳索提升系统ADAMS仿真模型，提出了减少计算时间的ADAMS驱动策略；为了解决绳索运动特征实验手段缺乏的局限性，设计了绳索运动状态检测装置；基于Love曲杆理论、Costello钢丝绳理论推导了温度效应下绳股的轴向与扭转热膨胀系数公式，探讨了温度与载荷作用下绳索内部钢丝截面几何特征以及拉伸、弯曲与扭转变化规律，建立了整绳耦合振动与内部钢丝间与股间相对扭转角等微动关联关系；设计了不同环境温度下绳索拉扭刚度测量实验装置和绳股参数化设计软件；综合绳索抗旋转性能、轴向抗拉强度、柔韧性，探讨了绳索的选型设计方法。本项目可为复杂工况下绳索的选型与几何结构设计提供参考依据，为绳索内部螺旋钢丝强度的评估及其寿命预测提供理论支撑。已发表SCI收录论文4篇、EI收录论文4篇，已授权国家发明专利4项，申请已公开发明专利3项，获得软件著作权1项。