钢丝绳是经多次捻制而成的螺旋状挠性构件,其韧性好、性能稳定,是立井提升中的关键部件。随着矿井深度的增加,钢丝绳更易发生疲劳失效而导致安全事故。这些失效大多是在拉伸、扭转、弯曲载荷的累计作用下产生的,然而结构复杂使钢丝绳理论求解计算十分繁琐,难以进行。故采用有限元法开展钢丝绳应力变形分析及疲劳寿命研究,对钢丝绳结构改进与寿命评估具有一定指导意义。针对立井提升6×36WS+IWRC型钢丝绳为主要研究对象,对钢丝绳张力、股内钢丝几何特性与力学特性进行了理论分析及数值模拟。对钢丝绳在拉伸载荷与拉-扭复合载荷下整体应力变形特性及其疲劳寿命分布进行了研究。推导了钢丝曲率和挠率的计算公式,借助Matlab分析得到不同捻向钢丝绳曲率和挠率随旋转角呈周期变化的分布规律,左同向捻曲率和挠率水平均大于左交互捻。分析了立井提升不同速度阶段钢丝绳受力情况,得到了钢丝绳张力变化曲线。基于Costell理论对钢丝的受力与变形关系进行了计算分析,得到螺旋角β是影响变形、轴向力和力矩的主要因素。推导了钢丝的拉应力计算公式,求解了独立绳芯内不同位置钢丝拉应力大小分布规律。建立了一次螺旋线及二次螺旋线的空间曲线方程,以此为基础利用Solidworks软件建立了 1×37+IWS和6×36WS+IWRC钢丝绳的三维实体模型。在ANSYS Workbench中创建了有限元分析模型,分析了钢丝绳在纯拉伸载荷下应力应变特性,得到了整绳表面应力变形沿着捻制方向呈空间交错状分布,丝间接触部位应力较大,中间截面不同位置钢丝应力变形分布呈现以π为周期变化的对称状,距离芯股芯丝越远应力整体大致呈下降趋势。考察了深井提升中扭转因素对钢丝绳应力的影响,对比得到紧捻及松捻载荷下钢丝绳整体应力水平均远高于纯拉伸载荷下的,松捻应力水平最高对钢丝绳危害最严重。对不同捻向组合的1×37+IWS单捻钢丝绳进行分析,得到捻向组合对钢丝绳应力变形具有较大影响,左右右捻制方式力学性能优于左右左捻制方式。对纯拉伸、紧捻及松捻载荷下钢丝绳疲劳寿命进行了分析,三种加载类型下疲劳寿命均呈顺着捻制方向的螺旋对称结构,丝间接触部位寿命较小,这与应力分析结果相对应。在松捻载荷下钢丝绳疲劳寿命最低,纯拉伸载荷下最高。设置了不同应力幅值用以仿真模拟不同井深对疲劳寿命的影响,得到深井提升钢丝绳在上下端产生的松捻和紧捻使其疲劳寿命降至很低水平,在应力幅值为0.6时降低趋势变得较为缓慢。为保证安全并提高钢丝绳服役寿命,深井提升中应选用交互捻钢丝绳并加强对上下端扭转较大位置的检测与维护。最后,对钢丝绳进行了拆股试验,分别得到浅井钢丝绳钢丝的破断拉力平均值、弯曲及扭转疲劳次数平均值均高于深井钢丝绳钢丝的,这与有限元结果吻合,验证了分析的正确性。图[88]表[14]参[85]