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前言
第1章 绳索概念及其应用 1
1.1 绳索种类及结构 1
1.2 钢丝绳 2
1.2.1 钢丝绳的基本特点 2
1.2.2 钢丝绳的不同分类 2
1.3 纤维绳 6
1.3.1 纤维绳概念和分类 6
1.3.2 编制、捻制纤维绳 7
1.3.3 低捻率纤维绳 10
1.4 绳索的工程应用 10
第2章 绳索动力学问题概述 12
2.1 绳索本构力学问题 12
2.1.1 绳索结构组成 12
2.1.2 结构力学性能 14
2.2 运动行为引起的动力学问题 15
2.2.1 接触作用 15
2.2.2 运动状态 15
2.3 总结 16
第3章 绳线动力学建模 17
3.1 连续介质力学建模方法 18
3.1.1 弹性体模型 18
3.1.2 基本理论 18
3.2 绳线本构方程 21
3.2.1 绳线变形运动 21
3.2.2 绳线本构模型 22
3.2.3 梁位移振动方程 24
3.3 传统离散化建模方法 25
3.3.1 集中质量法 26
3.3.2 有限段法 29
3.3.3 有限元法 35
3.4 现代动力学建模方法 41
3.4.1 微分几何方法 41
3.4.2 绝对节点坐标方法 45
3.5 绳索实验验证 62
3.5.1 单目视觉测量原理 63
3.5.2 绳索点跟踪算法 65
3.5.3 实验结果与误差分析 66
3.6 总结 69
第4章 绳索动力学建模 70
4.1 绳索构型特征 70
4.1.1 捻制纤维绳 70
4.1.2 编制纤维绳 71
4.1.3 钢丝绳结构 72
4.2 绳索本构模型 73
4.2.1 单股绳索几何构型 74
4.2.2 轴向载荷 75
4.2.3 应力变形 76
4.3 绳索内部力学特性描述 77
4.3.1 接触压力 78
4.3.2 摩擦力 81
4.3.3 碰撞力 86
4.4 拧绞绳等效模型 87
4.4.1 含芯拧绞绳 87
4.4.2 双螺旋拧绞绳 100
4.5 纤维绳松弛模型 109
4.6 总结 116
第5章 柔索自适应计算 117
5.1 AANCF方法的提出 117
5.1.1 柔索运动特点 117
5.1.2 传统ANCF和自适应ANCF 118
5.1.3 自适应计算策略 118
5.2 AANCF柔索计算模型 120
5.2.1 单元运动学描述误差 120
5.2.2 单元更新策略 121
5.3 CO-AANCF柔索计算模型 128
5.3.1 连续性分析 129
5.3.2 连续性优化 130
5.4 总结 134
参考文献 1352100433B
《绳索动力学基础研究》共5章。第1章介绍绳索的种类与结构,重点介绍钢丝绳和纤维绳的基本特点、分类及其在渔业、纺织业、航天等行业中的应用。第2章介绍绳索本构力学问题和绳索运动行为引起的动力学问题,对绳索内部接触摩擦、拉伸和弯曲过程中的迟滞特性,以及时变的几何运动特性展开讨论。第3章系统总结由连续介质力学理论发展而来的绳索建模方法,通过柔性绳摆算例对比分析集中质量参数伪刚体建模方法、小变形有限元方法,以及大变形绝对节点坐标方法的建模精度与效率。第4章根据编制或捻制多股绳的几何构型,对绳索内部接触、摩擦及碰撞进行描述,建立拧绞绳等效模型和纤维绳松弛模型。第5章介绍一种自适应ANCF方法,通过自适应更新单元的分布或类型来提高绳索动力学计算的精度和效率。
因为重力是不变的,弹力是与位移X有关,当这两个力同时取微分后,重力的微分为零,导致公式中就没有重力了。能量对时间的导数是能量随时间的变化,能量对距离的导数是能量随距离的变化。可以用能量法和牛顿二定律。...
飞行动力学(AIRCRAFT DYNAMICS ) 是研究飞行器在空中的运动规律及总体性能的科学。所有穿过流体介质或者是真空的运动体,统称为飞行器。主要包括航天器、航空器、弹箭、水下兵器等。研究弹...
研究水和其他液体的运动规律及其与边界相互作用的学科。又称液体动力学。液体动力学和气体动力学组成流体动力学。液体动力学的主要研究内容如下:①理想液体运动。可忽略粘性的液体称为理想液体,边界层外的液体可视...
电动力缆绳离轨系统中绳索的2D动力学模型
讨论了利用电动力缆绳使近地轨道上废弃卫星离轨的基本原理及优点,通过分析电动力缆绳的受力和运动方式,建立电动力缆绳系统的绳索模型,利用虚功原理推导出电动力缆绳自由振动的二维偏微分方程,使用有限差分法离散电动力缆绳振动方程并求其数值解,并用Matlab编写程序进行数值仿真。仿真表明:该文建立的绳索2D动力学模型可以大致反映出电动力缆绳在离轨过程中的振动特性,横向振动的幅值远大于纵向振动的幅值,电动力缆绳的主要振动形式是横向振动。
动力学基础知识(惯性力、阻尼等)
惯性力 惯性系 :相对于地球静止或作匀速直线运动的物体 非惯性系 :相对地面惯性系做加速运动的物体 平动加速系 :相对于惯性系作变速直线运动 ,但是本身没有转动的物体 .例如 :在平直轨道上加速运动的火车 转动参考系 :相对惯性系转动的物体 .例如 :转盘在水平面匀速转动 惯性力 :指当物体加速时,惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向,若是以该物体为坐标原点,看起来 就彷佛有一股方向相反的力作用在该物体上,因此称之为惯性力。因为惯性力实际上并不存在,实际存在 的只有原本将该物体加速的力,因此惯性力又称为假想力。当系统存在一加速度 a时,则惯性力的大小遵 从公式: F=-ma 例如,当公车煞车时,车上的人因为惯性而向前倾,在车上的人看来彷佛有一股力量将他们向前推,即为 惯性力。然而只有作用在公车的煞车以及轮胎上的摩擦力使公车减速, 实际上并不存在将乘客往前推的力, 这只是惯性在不同坐标系统
绳索可以由多种分类方法。按采用的纤维种类分类,可将绳索分成天然纤维绳和化学纤维绳,亚麻绳、天麻绳属于天然纤维绳索,而Kevlar绳、Vectran绳则属于化学纤维绳;按制造工艺分类,可分为捻绳、编织绳和平行纤维绳;按绳索直径大小分类,可分为绳、索、缆;可按使用行业分为海产用绳索、农业用绳索等;可按使用背景分为军用绳索和民用绳索。
如无必要,绳索不要放在潮湿的地面或强烈阳光下(假定绳索是天然纤维制作),以防止啮齿类动物和昆虫的吞啮。如果绳索受潮,不要放置火上强行烤干,也不要拉直放在地面,这样脏物易渗入,砂砾就会在绳索内部磨损绳索。如天气晴朗,可将过于肮脏的绳索放在清水中洗净,然后晒干或风干。
应在不同条件下使用不同型号的绳子,最好别混用--登山用绳别用来晒衣服或制成鞭子。当然,在求生境地下,一条绳子不得不用于多个目的。
为防止磨损,绳子末端可编织成鞭状。将绳子盘绕成圈放置,以防自身缠绕不清。这样更便于使用,需要时可及时抽出绳索。
绳索的价值不可低估,甚至有时不得不把生命系于其上,一定要注意保管。
1、整理——纤维绳索之使用寿命及其强度将因储存不当,暴露于潮湿,或损坏绳股而大事缩短及降砥。纤维绳索之末端必须打绳头结以防松散,或者末端加以捆扎,如欲截断绳索可在绳索上作两处绳头结(如图1),相距一或二吋然后在两绳头结中间截开。
2、储存——储存纤维绳索,不论时间久暂,均应注意保管以免绳索变坏。
(1)不可储存于潮湿处所。
(2)储存前先小心使之干燥。
(3)可能时,纤维绳索应储存于格架上,或用其它方法使空气能经绳盘流通亦可。
3、潮湿——绳索如果不断受潮湿必将迅速变坏,绳索潮湿后将行收缩,除非做下以处理外将成有害之状态:
(1)在暴露于雨水或潮湿天候以前先使干而拉紧之绳索放松。
(2)除非绝对必要不可覆盖绳索,因为覆盖足以抑留原有之湿气而妨碍变坏之发现。
4、绳索损坏——绳索在使用时,如果纤维断开及打滑,绳索之强度将大为降低。纤维虽已绞紧,但每遇紧张时必滑动少许,故在绳索使用若干时间后,不应使绳索之负荷到达最大限制,纤维之断开应尽量避免。
(1)将绳索在水中洗涤以清除泥土。
(2)绳索不可拉于锐利之边缘上,在绳索与锐利之边缘中间置一木扳以减少绳股之断开。
(3)砂土在绳索之内部纤维中有一磨擦作用,故绳索不可拉经砂土或污秽之处。如果绳索沾有砂土,可在水中小心清除之。
(4)可能之处使用易于松解之绳结,以减少截断绳索之必要。
(5)尽速修理已断开之绳股。
5、盘绕及放开——新绳索通常均盘成绳捆,各绳捆加以绕扎并用麻布加以包裹。欲打开新绳盘,可剥去麻布包布检查绳盘内部找出绳头,绳头通常均在底部,截去绳盘之捆索,经绳盘中心将绳头外拉。绳索之放开系按原盘绕层之反方向,绳索之盘绕则按原盘之相同方向,右旋或普通盘绕之绳索系按顺时针而适当盘绕,反时针方向而放开(如图2)。
6.检查——纤维绳索之外表并不能代表内部之状况,绳索经使用后将行变软,同时因处理搬运之方式不当而亦将变坏、潮湿、绳索所遇紧张之程度,绳股之磨光及断裂,以及磨擦于粗糙之边缘等均可使绳索强度变弱。绳索负荷过量,对器材可能造成重大的损坏,对人员将造成严重之伤害。因此,绳索应定期细心检查,以确定其实际状况,由于绳索之外表不能代表内部构形,故有时须将绳股稍加松散以打开绳索决定其内部情形。生霉之绳索常有腐朽味,且绳股内部纤维颜色亦较暗泱,断裂之绳股及线通常均易于发现,绳索内部如因磨擦而污秽或锯屑状之物质存在,即表示已有损坏。如为有中央心索之绳索,其心索在检查时不应断成碎片,如果已断成碎片,即表示绳索曾经紧张过度。由于绳索中任何弱点均可减弱全部绳索,故须在数处检查,如果绳索在其它各处均表现良好,可以拉出一两根纤维以拉断之。断时若有相当抵抗,即表示绳索纤维仍坚强,若绳索状况发现不良,应予废弃或截成短段作其它用途。
绳索的用途数不胜数:从建筑中的材料固定到灯芯制作以及用缘绳下降法爬下悬崖或设置罗网捕猎。如果说在腓尼基文明中, 过去绳索大多为水手所用的话, 那么目前的情况则依然如故.世界上生产的绳索, 约有一半以上是用于航海业和捕鱼业。其他绳索的应用也很广泛, 从普通家庭用的晒衣绳到大规模钻井作业用的载重缆绳, 在我们的周围处处可见。
制作绳索的传统用料包括大麻纤维、椰子果纤维、马尼拉大麻纤维(属于麻蕉植物)、剑麻和波罗麻(属于龙舌兰属植物)。总之,绳索可由纤维多且柔软的材料制成,将丝丝缕缕的纤维结合在一起就能形成足够的强度和长度。现在许多绳索是由尼龙或其他人造纤维制成,它们强度大且承受压力均匀,重量轻、抗水、抗昆虫、抗腐蚀。但无论如何,有时尼龙绳并非首选之物。
尼龙绳的缺点在于:受热易软化——绳索在摩擦时会生热--遭遇潮湿又易变滑,如果承受拉力过强,而边缘又较为锋利时,则可能会突然断裂。
选择绳索时比较各种绳索,手中绳索的粗细与长短应与你的要求相符。在气候温润的地域和要考虑绳子重量的情况下,尼龙绳比较有利。但要记住尼龙绳的缺陷。粗约7毫米以及低于7毫米的绳子不宜使用。粗约9-10毫米的绳子常作为绑绳,用于投掷与登山。如果应用缘绳下降法和固定保护绳等技巧,这种绳子可用作安全带。如果无其他物品拖累,应携带长约30-40米的绳索。
登山用绳应有足够的弹性,这样可以消解一些震动,同时在不慎摔落时不会强烈地勒紧身体。关于绳索型号,可以参照当地官方登山机构的建议。