本文针对钢丝绳的关键性问题,从以下三个方面进行了细致研究:典型钢丝绳几何结构的通用参数化建模方法、典型工况下整绳的柔索仿真、力学特性与失效的有限元分析。首先,本文提出了一种新的基于曲面坐标系的钢丝绳结构的几何分析方法,并依此给出了高效准确的钢丝绳通用参数化建模方法以及与钢丝绳力学性能相关的丝/股的曲率、挠率、平移不变性和不均匀分布等几何参数与特性的分析方法。作为示例,应用此方法在CATIA中建立了直线路径、圆形路径以及任意曲线路径下的、不同捻向的、西鲁式与瓦林吞式的圆股钢丝绳以及异型股钢丝绳的参数化几何模型。并且阐述了该方法在几何参数与特性分析计算方面较之常规方法的灵活简捷性。除此之外,该方法还被用于钢丝运动学的各变形参数之间的关系式以及与之相关的钢丝绳的刚度公式的推导。考虑到简化的柔索仿真模型可以模拟系统或结构中的钢丝绳整体的力学行为却不适合研究与真实结构紧密相关的局部力学特性,如接触、塑性变形、损伤演化及失效等力学现象,有限元方法可以胜任但仿真时间成本巨大,故提出了整绳柔索仿真+关键位置有限元仿真策略以高效准确地实现钢丝绳设计。根据钢丝绳的受力特点与失效形式,本文将常用钢丝绳分为五类:拉索用钢丝绳,索道用钢丝绳、大跨度钢丝绳、钢丝绳网以及牵引提升用钢丝绳,并分别建立了相应的整绳柔索仿真模型,用于分析其整体承载特性。其中最后一种是基于MACRO与ADAMS/Cable相结合的方式建立的,这样可以提高建模及仿真效率。之后,根据关键位置绳段的典型承载情况在ABAQUS中建立了三类钢丝绳绳段的有限元仿真模型:拉伸载荷、纯弯曲载荷、剪切载荷,并对钢丝绳的两类破坏失效形式进行了有限元分析。本文提出的基于曲面随体坐标系的钢丝绳几何特性分析方法、建模与优化策略及自动化分析平台可为更深入高效的设计与研究钢丝绳提供帮助。后续研究可望将本文提出的方法与各参数化模型利用C++等语言及相关软件的脚本语言,如Python等进行更为灵活全面的集成,建立典型钢丝绳的设计平台。