Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hành vi thư giãn ứng suất và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất cơ học của cáp dây
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-21 - 2023
Tóm tắt
Nhằm giải quyết các vấn đề hỏng hóc của cáp dây do thư giãn ứng suất, hành vi thư giãn ứng suất của cáp dây dưới tải trọng kéo trục được nghiên cứu dựa trên lý thuyết đàn hồi và lý thuyết chảy. Hiệu ứng tỷ lệ Poisson được xem xét trong phân tích tiếp xúc đa lớp giữa các sợi dây liền kề của cáp. Một mô hình phần tử hữu hạn cho thuộc tính cơ học trục và hiệu suất thư giãn ứng suất giữa các sợi dây của cáp được thiết lập. Mô hình này được xác minh và thẩm định thông qua việc so sánh với dữ liệu đã công bố. Kết quả cho thấy rằng thư giãn ứng suất dẫn đến ứng suất tiếp xúc thấp, từ đó làm giảm tốc độ thư giãn trong cáp dây. Khi góc bện của các dây xoắn tăng lên, áp suất tiếp xúc giữa các lớp khác nhau của cáp tăng, trong khi hành vi thư giãn ứng suất làm giảm tác động đến một mức độ nhất định. So với góc bện của lớp giữa, góc bện của lớp ngoài có ảnh hưởng rõ rệt hơn đến thư giãn ứng suất của cáp. Việc giảm mô đun đàn hồi và tăng tỷ lệ Poisson của vật liệu dây giúp giảm thư giãn ứng suất và biến dạng chảy của cáp dây.
Từ khóa
#thư giãn ứng suất #cáp dây #ứng suất #hiệu suất cơ học #lý thuyết đàn hồi #lý thuyết chảy #mô hình phần tử hữu hạnTài liệu tham khảo
Ajimi, W.T., Chataigner, S., Gaillet, L.: Influence of low elevated temperature on the mechanical behavior of steel rebars and prestressing wires in nuclear containment structures. Constr. Build. Mater. 134, 462–470 (2017). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.117
Argatov, I.: Response of a wire rope strand to axial and torsional loads: asymptotic modeling of the effect of interwire contact deformations. Int. J. Solids Struct. 48(10), 1413–1423 (2011). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2011.01.021
Carniel, E.L., Fontanella, C.G., Stefanini, C., Natali, A.N.: A procedure for the computational investigation of stress-relaxation phenomena. Mech. Time-Depend. Mater. 17(1), 25–38 (2013). https://doi.org/10.1007/s11043-013-9209-1
Chen, Y.P., Meng, F.M., Gong, X.S.: Parametric modeling and comparative finite element analysis of spiral triangular strand and simple straight strand. Adv. Eng. Softw. 90, 63–75 (2015). https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2015.06.011
Chen, Y.P., Meng, F.M., Gong, X.S.: Full contact analysis of wire rope strand subjected to varying loads based on semi-analytical method. Int. J. Solids Struct. 117, 51–66 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2017.04.004
Chen, Y.P., Tan, H., Qin, W.: Semi-analytical analysis of the interwire multi-state contact behavior of a three-layered wire rope strand. Int. J. Solids Struct. 202, 136–152 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2020.06.004
Chen, Z.H., Guo, L.L., Liu, H.B., Chen, H.Y.: Finite element study of behaviour and interface force conditions of locked coil wire rope under axial loading. Constr. Build. Mater. 272, 121961 (2021). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121961
Chhun, P., Sellier, A., Lacarriere, L., Chataigner, S., Gaillet, L.: Incremental modeling of relaxation of prestressing wires under variable loading and temperature. Constr. Build. Mater. 163, 337–342 (2018). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.123
Costello, G.A.: Theory of Wire Rope. Springer, New York (1997)
Cruzado, A., Urchegui, M.A., Gomez, X.: Finite element modeling and experimental validation of fretting wear scars in thin steel wires. Wear 289, 26–38 (2012). https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.04.018
Cruzado, A., Leen, S.B., Urchegui, M.A., Gomez, X.: Finite element simulation of fretting wear and fatigue in thin steel wires. Int. J. Fatigue 55, 7–21 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2013.04.025
Gnanavel, B.K., Gopinath, D., Parthasarathy, N.S.: Effect of friction on coupled contact in a twisted wire cable. J. Appl. Mech. 77(2), 293–298 (2010). https://doi.org/10.1115/1.3197141
Guo, S., He, Y.M., Liu, D.B., Lei, J., Li, Z.K., Ding, H.M.: Torsional stress relaxation behavior of microscale copper wire. Mater. Sci. Eng. A, Struct. Mater.: Prop. Microstruct. Process. 698, 277–281 (2017). https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.05.044
Guo, S., He, Y.M., Li, Z.K., Lei, J., Liu, D.B.: Size and stress dependences in the tensile stress relaxation of thin copper wires at room temperature. Int. J. Plast. 112, 278–296 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.09.001
Ivanco, V., Kmet, S., Fedorko, G.: Finite element simulation of creep of spiral strands. Eng. Struct. 117, 220–238 (2016). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.02.053
Jiang, W.G.: A concise finite element model for pure bending analysis of simple wire strand. Int. J. Mech. Sci. 54(1), 69–73 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2011.09.008
Jiang, W.G., Henshall, J.L., Walton, J.M.: A concise finite element model for three-layered straight wire rope strand. Int. J. Mech. Sci. 42(1), 63–86 (2000). https://doi.org/10.1016/S0020-7403(98)00111-8
Jiang, W.G., Warby, M.K., Henshall, J.L.: Statically indeterminate contacts in axially loaded wire strand. Eur. J. Mech. A, Solids 27(1), 69–78 (2008). https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2007.02.003
Kmet, S., Mojdis, M.: Time-dependent analysis of cable domes using a modified dynamic relaxation method and creep theory. Comput. Struct. 125, 11–22 (2013). https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2013.04.019
Leblouba, M., Rahman, M.E., Barakat, S.: Behavior of polycal wire rope isolators subjected to large lateral deformations. Eng. Struct. 191, 117–128 (2019). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.04.039
Lian, Y.S., Liu, H.X., Huang, W., Li, L.N.: A creep–rupture model of synthetic fiber ropes for deepwater moorings based on thermodynamics. Appl. Ocean Res. 52, 234–244 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apor.2015.06.009
Liu, H., Xu, H., Ellison, P.J., Jin, Z.: Application of computational fluid dynamics and fluid–structure interaction method to the lubrication study of a rotor–bearing system. Tribol. Lett. 38(3), 325–336 (2010). https://doi.org/10.1007/s11249-010-9612-6
Liu, H.B., Guo, L.L., Chen, Z.H., Fan, Z.Y.: Study on temperature dependency of spiral strand properties. Int. J. Mech. Sci. 161–162, 105013 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105013
Motlagh, H.R.E., Rahai, A.: Long-term behavior of a prestressed concrete bridge with corrugated steel webs. J. Bridge Eng. 27(1), 10 (2022). https://doi.org/10.1061/(asce)be.1943-5592.0001801
Shakya, A.M., Kodur, V.K.R.: Effect of temperature on the mechanical properties of low relaxation seven-wire prestressing strand. Constr. Build. Mater. 124, 74–84 (2016). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.080
Sharifian, M., Sharifian, M.: A new stress-updating algorithm for viscoplasticity. Mech. Time-Depend. Mater. 26(1), 235–256 (2022). https://doi.org/10.1007/s11043-021-09485-1
Smith, M.: ABAQUS/Standard User’s Manual, Version 6.9. Dassault Systèmes Simulia Corp, Providence, RI (2009)
Wang, X.Y., Meng, X.B., Wang, J.X., Sun, Y.H., Gao, K.: Mathematical modeling and geometric analysis for wire rope strands. Appl. Math. Model. 39(3–4), 1019–1032 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apm.2014.07.015
Wang, X.X., Chen, Z.H., Yu, Y.J., Liu, H.B.: An innovative approach for numerical simulation of stress relaxation of structural cables. Int. J. Mech. Sci. 131–132, 971–981 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.08.011
Wang, X.X., Chen, Z.H., Liu, H.B., Yu, Y.J.: Experimental study on stress relaxation properties of structural cables. Constr. Build. Mater. 175, 777–789 (2018). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.224
Wang, X., Zhou, J.Y., Ding, L.N., Song, J.H., Wu, Z.S.: Static behavior of circumferential stress-releasing anchor for large-capacity FRP cable. J. Bridge Eng. 25(1), 13 (2020). https://doi.org/10.1061/(asce)be.1943-5592.0001504
Wei, Y., Zhang, L., Au, F.T.K., Li, J., Tsang, N.C.M.: Thermal creep and relaxation of prestressing steel. Constr. Build. Mater. 128, 118–127 (2016). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.10.068
Xiang, L., Wang, H.Y., Chen, Y., Guan, Y.J., Wang, Y.L., Dai, L.H.: Modeling of multi-strand wire ropes subjected to axial tension and torsion loads. Int. J. Solids Struct. 58(3), 233–246 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.01.007
Xiang, L., Wang, H.Y., Chen, Y., Guan, Y.J., Dai, L.H.: Elastic-plastic modeling of metallic strands and wire ropes under axial tension and torsion loads. Int. J. Solids Struct. 129, 103–118 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2017.09.008
Xu, C.T., Li, J.G., Yao, Y.X., Du, J.G., Ding, J., Fang, H.G.: Study of the rope nonlinear creep behaviors and its influencing factors in the assembly of sheave drives. Mech. Time-Depend. Mater. 19(3), 263–275 (2015). https://doi.org/10.1007/s11043-015-9263-y
Xu, C., Li, J.G., Yao, Y.X., Zhang, B., Wang, P.: Research of cable deformation effects on synchronous accuracy of serial cable-driven sheaves. Adv. Mech. Eng. 9(9), 1–13 (2017). https://doi.org/10.1177/1687814017722497
Yu, Y.J., Chen, Z.H., Liu, H.B., Wang, X.D.: Finite element study of behavior and interface force conditions of seven-wire strand under axial and lateral loading. Constr. Build. Mater. 66, 10–18 (2014). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.05.009
Zeren, A., Zeren, M.: Stress relaxation properties of prestressed steel wires. J. Mater. Process. Technol. 141(1), 86–92 (2003). https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00131-6
Zhang, M.M., He, J., Meng, F.M., Gong, X.S.: Study on stress relaxation of simple spiral strand subjected to tensile load based on semi-analytical method. Adv. Eng. Softw. 128, 34–45 (2019). https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2018.11.007
Zhang, Z.C., Wang, X.Z., Li, Q.G.: Responds of a helical triple-wire strand with interwire contact deformation and friction under axial and torsional loads. Eur. J. Mech. A, Solids 73, 34–46 (2019). https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2018.07.001
Zhang, W.J., Yuan, X.F., Yang, L., Deng, M.Y.: Research on creep constitutive model of steel cables. Constr. Build. Mater. 246, 118481 (2020). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118481
Zhang, W.J., Yuan, X.F., Chen, C., Yang, L.: Finite element analysis of steel wire ropes considering creep and analysis of influencing factors of creep. Eng. Struct. 229, 111665 (2021). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111665
Zheng, Y.Q., Wang, Y.: Damage evolution simulation and life prediction of high-strength steel wire under the coupling of corrosion and fatigue. Corros. Sci. 164, 108368 (2020). https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108368