分形结构对绳索拉伸性能的影响

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等模量即等轨迹长度,以达到伸长的同步和相等。若假设绳索构成的各单独线绳的力学性质一致,则各线绳在其中所走的轨迹长度相同,便可以成为绳索受力拉伸时各线绳同时受力、同时遭受破坏的基础,即表现出等模量的特征。若各线绳形成最后绳索产品的过程中,其排列构造是分形结构体,在理论上可以达到最理想和最稳定的绳索。上述两条的组合可能在理论建模和绳索结构优化上提出科学建议和力学性质上的理论创新,对指导绳索结构的合理化和绳拉伸性的理论估计提供依据。  本文采用切断称重法测量了丙纶、涤纶纤维的线密度,在此基础上用XQ-2纤维强伸度仪测试了丙纶、涤纶单纤维的拉伸性能,并对两者的拉伸性能进行了比较;对绳索进行拆解,测量各级结构的直径、螺距,同时观察了绳索的截面堆砌结构,在此基础上完成绳索密度、各级线密度、各级螺旋角的测量,并计算了取向角、取向度和轨迹长度,最后对绳索的线密度、密度、螺距、捻回角、取向度和轨迹长度进行了讨论。结果表明,丙纶单纤维的拉伸断裂伸长率和断裂比功比涤纶单纤维的要大,而拉伸断裂强度和模量比涤纶单纤维要小。  本文对6mm、8mm、10mm、12mm丙纶捻绳和6mm、8mm、10mm、12mm涤纶捻绳进行了环氧树脂固化、复合材料切割机切割、MP-2型磨抛机打磨处理,然后用体视显微镜观察了各种捻绳的截面结构并拍摄了照片,并拆解各绳索试样观察了截面堆砌结构和测量结构参数,在此基础上用CATIA软件构建了各种捻绳截面的均等面积和圆形化的堆砌结构理论模型,计算了各种捻绳试样的分形维数。结果表明,捻绳的截面结构具有分形结构,且存在复合的分形结构;捻绳的分形维数在1.48-1.64,差异小于0.2;其中丙纶的分形维数1.51-1.64,差异小于0.2;涤纶的分形维数为1.48-1.57,差异小于0.1。  本文先用Solidworks软件绘制并制作了测试绳索拉伸性能所用的不锈钢夹具连接件,然后用WDW-20微机控制万能材料试验机分别测试了6mm、8mm、10mm、12mm丙纶捻绳和6mm、8mm、10mm、12mm涤纶捻绳的拉伸性能,在此基础上,分析了绳索的截面分形维数对绳索的拉伸性能力学值断裂强度、断裂伸长率、模量和断裂比功的影响。结果表明,丙纶、涤纶捻绳的拉伸断裂强度和模量随着其截面分形维数的增大而减小;而其拉伸断裂伸长率则随着其截面分形维数的增大而增大;丙纶捻绳的断裂比功随着其截面分形维数的增大有减小的趋势,而涤纶捻绳的断裂比功随着其截面分形维数的增大有增大的趋势。
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