2020年关于绳结的静力学分析的论文.doc

关于绳结的静力学分析的论文 绳结的静力学分析与虚拟样机分析。 摘要：在人们的日常生活中，绳结是的一种应用广泛的技艺。从钓鱼钩到大卡车的货运都要用到绳结；同时，绳结在艺术领域也得以表现，如传统的中国结等；在户外活动中，尤其在攀岩，登山等高危险的野外活动中，更需要打绳结作为安全防范措施。但是绳结的打法不同，它所呈现出的形状也不同，它在绳子交汇处的力的分布情、各处的抗拉强度、易松脱性情况也各不相同。本论文首先将选取单结和结组结进行作为研究对象，然后结合理论力学中的相关力学知识对以上两种绳结进行静力学分析，比较绳结两端在相同的外力的作用下的受理情况。然后运用ADAMS软件建立绳结模型，导入ANSYS软件中进行仿真分析。 关键词：静力学分析抗拉强度绳结仿真模型 一、静力学分析 单结是绳结中最简单的结，在拔河比赛中，运动员常常将绳子打上单结，以用来防止滑动；生活中常常将塑料袋打上单结便于提拿或用作密封；也可以将脱线的绳子的末端打上单结以防止其继续脱线。可是当我们不小心用力过多单结就会变得很紧，之后就会很难解开。 受力分析： 首先，如图假设绳子的二力平衡条件，作用在绳子的两端的力，大小相等方向相反，且作用在同一条直线上。如图易知在绳结的两端弯曲处集中，因此绳结的受力情况也集中在此处。当有摩擦时，平衡物体所受约束力包含法向约束力和切向约束力T。这两个分立的合力K为全约束力。全约束力K与法向约束力的夹角为摩擦角，当摩擦角的正切值小于静摩擦因数时，发生自锁，绳结保持静止。若摩擦角的正切值大于静摩擦因数时，绳结滑动，摩擦角减小，其正切值也减小，直到摩擦角的正切值等于静摩擦因数时，绳结稳定下来。由此可知，通过摩擦自锁原理单结达到稳定状态。绳结越紧，所需要的拉力也就越大。当绳子两端的拉力大于绳子材料所能承受的抗拉强度时，绳结断裂失效。同理结组结的静力学分析可参考单结的，假设两端受平衡力，结合其受力后弯曲变形的状态，可进行受力分析。故本文省去对结组结的静力学的分析，可参考单结。 二、模型的建立 （一）绳子材料的选择 考虑到目前市场上及生活，尼龙绳应用非常广泛，故本文的模型的参数将采取尼龙绳的物理参数，如下： 极限拉力：3500/N；使用拉力：680/N （二）建立仿真模型 本文采用ADAMS仿真软件建立绳索模型，虽然ADAMS软件建立绳结这一大变形非刚性体比较困难，但可以采用BUSHING连接模型的建模方法 由于其中几个绳结空间模型过于复杂，难以用ADAMS直接画出，我们选取了单结与结组结两种典型绳结作为研究对象，建立了ADAMS绳结模型，我们假定所受外力相同，将绳结分成若干个小段，每个小段用直径为18mm的小刚性圆柱代替。每两个圆柱间用铰接连接。同时，每个圆柱体的运动学参数和物理参数都一样。这样，用无数个刚性小圆柱构成绳结这一柔性体，具体建模步骤可参考此文。 （三）结果及分析 将ADAMS建好的模型导入ANSYS的MechanicalAPDLproductLauncher分析模块中，设置两端的拉力为6.8KN，材料的弹性模量和泊松比分别为28.3Gpa和0.4。我们设定两种绳结两端所受外力相同。并运用以上模型实现了对几种绳结的分析，得到了两种不同绳结的受力与强度分析图，从而判断出哪种绳结更在受外力的作用下更容易断裂。 （四）结论 先通过ANSYS和ADAMS进行数值建模和分析，并以平结和结组结为例，分别绘制了受力位移云图和受力应力云图。从而可判断出，应力集中主要是绳结的弯曲缠绕之处。而且应力最集中的地方和位移最大的区域，更容易出现失效，即强度越差。查阅相关资料，进而分析可知，一根完整的绳子在两端受到拉力时，有一个被拉断的极限强度。在绳子中间打了一个任意结以后，由于绳结位置的弯