發(fā)布時間：2020-11-15 04:38

　　 多級螺旋結(jié)構(gòu)在自然和人工材料中無處不在,并被廣泛地應用于纖維繩中。在工程應用中,多級螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩一般處于復雜的受力狀態(tài)。因此,為了保證纖維繩安全、高效的工作,對其力學行為進行深入的理論研究具有重要意義。本文以多級螺旋結(jié)構(gòu)繩為研究對象,考慮不同的影響因素(如接觸摩擦、纖維遷移),基于彈性曲桿理論,分析其在承受拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲等靜荷載作用下的力學行為。主要研究內(nèi)容包括以下三部分:第一部分研究了理想多級螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩的力學響應�；�于曲桿理論,考慮了泊松效應,用自下而上的分層計算方法與直接計算方法對纖維繩在軸向荷載下的內(nèi)力進行計算。得到了纖維繩的內(nèi)力與應力隨纖維繩軸向應變、結(jié)構(gòu)參數(shù)(如手性、初始螺旋角等)的變化曲線。發(fā)現(xiàn)采用分層計算方法計算纖維繩的軸向拉力會更準確,而直接計算方法更適用于計算扭矩的大小。另外,纖維繩的力學性能可以由纖維繩的手性、纖維的初始螺旋角、纖維的數(shù)量等準確地控制。第二部分研究了復雜多級螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩的摩擦效應。纖維繩中不同的繩股內(nèi)纖維的摩擦情況也不同。研究過程中依然以曲桿理論為基礎,并考慮泊松效應,忽略纖維的接觸變形。主要分析了軸向拉伸應變、手性、螺旋纖維纏繞角等對纖維的接觸力與摩擦力分布情況的影響。發(fā)現(xiàn)手性對纖維的接觸力與摩擦力無顯著影響。而纖維間的接觸力與摩擦力與螺旋纖維在繩股中的排列位置密切相關,其中,芯繩股中螺旋纖維間的接觸力與摩擦力隨螺旋纖維纏繞角周期性變化的趨勢約為正弦曲線,而螺旋繩股中芯纖維與螺旋纖維之間的摩擦力隨螺旋纖維纏繞角周期性變化的趨勢約為"w"形曲線。第三部分研究了纖維遷移對多級螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩力學行為的影響。分析了取不同結(jié)構(gòu)參數(shù)時,纖維繩的內(nèi)力與應力隨纖維遷移周期的變化。主要原理是纖維的遷移行為會影響纖維繩的內(nèi)部結(jié)構(gòu),進而影響其力學性能。數(shù)值結(jié)果表明,當考慮纖維遷移時,纖維的內(nèi)力與應力沿纖維繩的長度存在周期性的非單調(diào)變化。在遷移的半周期點上,纖維繩的軸向拉力與扭矩會出現(xiàn)一個跳躍。即在纖維遷移方向改變處,有纖維斷裂的危險。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O341
【部分圖文】：

2 理想多級螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩力學行為分析纖維繩的力學模型從最初的單層單股結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展成現(xiàn)在復雜的多級螺旋結(jié)構(gòu)而纖維繩的多級螺旋結(jié)構(gòu)也是最貼近實際應用的。纖維繩多級螺旋結(jié)構(gòu)分為很多種，有含獨立繩芯的和不含獨立繩芯的，也有多纖維層的和單纖維層的。本研究中的纖維繩的力學模型是含獨立繩芯的單纖維層多級螺旋結(jié)構(gòu)。2.1 多級螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩的幾何描述在本研究中，先考慮纖維繩的多層螺旋結(jié)構(gòu)。我們引入?yún)��?shù)p 和f 分別表示繩股和纖維的螺旋手性。如果p 1或f 1，則繩股或纖維為右手螺旋；如果p 1 或f 1 ，則為左手螺旋。此外，我們采用參數(shù)p f 來描述雙層螺旋結(jié)構(gòu)纖維繩的手性。如果螺旋的繩股內(nèi)纖維的螺旋手性與其不同，則 1 ；反之，則 1。

華中科技大學碩士學位論文的內(nèi)力與應變直的纖維繩受到軸向載荷時，通常會發(fā)生拉伸和扭轉(zhuǎn)的變形，如圖維繩內(nèi)的繩股Ⅰ受到軸向拉力和扭矩，繩股Ⅱ既受到軸向拉力這種自下而上的分析方法中，雙螺旋的纖維Ⅳ簡化為單螺旋纖曲。在本節(jié)中我們先考慮繩股受到軸向拉伸和扭轉(zhuǎn)時繩股內(nèi)纖維析繩股受彎曲時纖維的響應。

現(xiàn)在考慮一段無窮小長度的纖維在最一般加載情況下的變形[28]，如圖2-3 所示。其中，s為纖維中心線的弧長。全局坐標仍為笛卡兒坐標系統(tǒng) x, y ,z ，而n，b，t分別表示纖維中心線上任意一點處的正法線、副法線、切線方向。纖維的內(nèi)力：力 N
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本文編號：2884350