磨损是钢丝绳性能退化的主要原因之一,严重威胁着钢丝绳的安全使用。随着深地、深海资源的开采,钢丝绳多层缠绕广泛应用且工况环境复杂恶劣,导致钢丝绳因磨损和腐蚀侵害而过早失效报废,造成钢丝绳极大浪费。因此,开展钢丝绳摩擦磨损特性研究,揭示磨损钢丝绳剩余机械强度和断裂失效机理,能够为降低钢丝绳磨损、保障安全使用、提高其利用率并延长钢丝绳服役寿命提供重要基础数据和理论支撑。本文以6×19+FC钢丝绳为研究对象,利用自主研制的钢丝绳摩擦磨损试验装置,开展了钢丝绳在不同滑动速度、振幅、接触载荷和滑动距离下的摩擦磨损试验,对钢丝绳在润滑失效情况下的摩擦磨损特性进行了揭示。试验结果表明,滑动速度增大导致钢丝绳摩擦因数先增大后减小,且随振幅增大呈减小趋势;摩擦温升随速度和载荷增大均呈增长趋势;钢丝绳表面磨损特征主要为犁沟、点蚀、剥落和塑性变形,磨损机理以黏着磨损和磨粒磨损为主;随着滑动距离增大,钢丝绳表面磨损特征参数不断升高,且增长速度越来越快。基于钢丝绳复杂的多丝-多股-多螺旋结构,分析了钢丝绳不同接触形式,探究了不同交叉角度、方向和绳股接触位置对钢丝绳摩擦学特性和磨损分布变化的影响规律。结果表明,当钢丝绳交叉角度较小时(7o~28o),左交叉接触下(绳股捻向与钢丝绳交叉方向相反)钢丝绳摩擦因数减小幅度更大;当钢丝绳交叉角度较大时(40o~80o),在右交叉接触下(绳股捻向与钢丝绳交叉方向相同)摩擦因数减小幅度更大,从0.82降低至0.64。随着钢丝绳接触位置从凸峰移动至凹谷附近,钢丝绳磨痕从集中在1根绳股表面逐渐均匀分布到2根相邻绳股表面。通过对钢丝绳进行不同涂油和腐蚀处理,探究了不同腐蚀(淡水、海水和硫酸溶液浸泡腐蚀)和润滑条件下(IRIR-400M和IRIS-550A钢丝绳润滑油)钢丝绳摩擦磨损特性。结果表明,温度和转速增大造成钢丝绳润滑油抗磨特性降低;硫酸腐蚀钢丝绳摩擦因数和温升随滑动距离的增长速度最快,且表面磨损最严重(最大磨损深度达0.94 mm);油润滑条件下,钢丝绳摩擦因数稳定在0.2左右,摩擦温升则降低至7℃以下;腐蚀溶液造成钢丝绳润滑油减摩抗磨性能退化,导致钢丝绳摩擦因数和温升增大,表面磨损更加严重,其中硫酸溶液对其危害最大,海水溶液次之,淡水溶液危害最小。基于磨损钢丝绳破断拉伸试验研究和ABAQUS有限元仿真分析,揭示了不同磨痕类型和磨损程度对钢丝绳受力特性和断裂失效机理的影响规律。结果表明,钢丝绳在拉伸试验过程中会出现结构变形、弹性变形、塑性变形和破断失效四个阶段,表面磨损主要影响其塑性变形过程和破断失效行为,且磨损区域在断裂前会出现明显高温集中;大角度下,左交叉接触磨损钢丝绳剩余强度明显更低。当钢丝绳磨痕集中在1根绳股上时,磨损深度对钢丝绳剩余机械强度的影响大于磨损面积,且磨损断丝会造成钢丝绳破断力大幅减小;腐蚀会造成钢丝绳强度降低,硫酸危害最大,海水次之,淡水最小;磨损对硫酸腐蚀钢丝绳剩余承载能力影响最大。在拉伸载荷下,钢丝绳磨痕位置最先断裂,未磨损断裂钢丝两端呈明显杯锥状;磨损钢丝绳断裂机理以韧性断裂为主,裂纹最先出现在磨损深度最大区域;拉伸载荷造成绳股磨损区域出现应力集中和分布不均现象。