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拧成一股绳合成一股力(一股绳的力量)

1 团结的钢丝绳

有关团结的耳熟能详的故事有,乖巧的孩子拿着筷子,听长辈讲这一根筷子容易折断,十根筷子不容易折断的故事;乖张的孩子可能会拿着一根钢筋让长辈讲,这个故事可能就有点强硬,讲不通了。当然,谚语是非常多,比如:一个篱笆三个桩,一个好汉三个帮;凝聚一条心,拧成一股绳,汇成一份力;烂麻搓成绳,也能拉千斤等等。那么烂麻是如何搓成绳的,这其实跟生活中常见的钢丝绳类似。如下图所示钢丝绳,从横截面可以看到有7股钢丝(中间的1股芯绳和周围均布的6股边绳)紧密缠绕而成,不容易开散;而每股钢丝又是由7根细钢丝缠绕,像是钢丝套娃。团结起来的钢丝绳在机械设备中,供提升、牵引、拉紧和承载之用,在一些绳索驱动机器人结构中,也常看到其身影。下面用ABAQUS拧一根钢丝绳出来。

钢丝绳

2 模型前处理

分析中采用捻绳的方法,从初始绳芯绷直状态,加载捻至螺旋或麻花状。初始状态,7根绳芯形状完全相同,仅空间位置有异。因而,仅建立一根绳芯部件即可。模型类型为3D可变形,具体为横截面半径0.16mm的圆形截面,拉伸100mm长度。

部件

创建弹塑性材料属性,赋予绳芯截面属性。

材料属性

装配体模块中,在芯绳外部均布6根绳芯。钢丝绳外围直径约1mm。

装配体

分析步类型为显示动力,分析时长0.1s。设置钢丝绳之间的相互作用,包括接触属性、绳子两端的刚体约束。

约束

边界条件为钢丝绳一端固定约束,另一端加载角位移。

边界条件

进入网格模块,使用切分工具对cell完成切分操作,对绳芯划分结构化网格,如此划分的网格比较规整,看着非常舒适。

划分网格

第一次完成网格划分,生成的单元数量为4400,这仅是一根绳芯的单元数量,7根绳芯的单元数量是4400*7,数量太大,虽然结果会准确些,但影响到仿真速度。为了观看仿真效果,只能暂时忽略精度,降低单元数量。重新划分网格后,一根绳芯的单元数量下降到2000个,总网格单元数量为2000*7。

单元数量

完成以上前处理后,可以提交作业进行分析。

3 结果后处理

下面是捻绳过程的渲染效果图和应力云图。

应力云图

完成分析后,可以将分析后的模型作为初始模型导入,导入方法参考推文空间飞网折叠(2021年11月6日更)。导入后的变形绳芯部件如下。除了中间芯绳保持直线状态外,其余6根绳芯均已产生扭转形变。

装配后的钢丝绳如下图,7根绳芯已经捻成钢丝绳。

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