[發明專利]一種用于測量繩索阻尼參數的實驗方法

有效

• 申請號: 201710584399.6
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107356419B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 林麒;彭苗嬌;陳浪
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種用于測量繩索阻尼參數的實驗方法，繩索阻尼參數實驗。所述實驗方法涉及的實驗裝置設有花籃螺絲、張力傳感器、計算機、高速相機、重物和實驗臺架。實驗時將繩索張緊，在繩索中央懸掛重物；然后突然釋放重物，對繩索中央施加瞬間激勵，使其振動；采用高速相機拍攝繩索中央的振動過程；從所拍繩索振動視頻中提取繩索振幅最大處的位移信息進行數據處理和分析，得出與繩索阻尼特性相關的參數及其變化規律。可測量不同長度、不同直徑、不同預緊力和不同材料的繩索的阻尼參數，且結構裝置簡單、安裝方便、操作簡易、通用性強、試驗周期短、試驗成本低，可推廣使用。

技術領域

本發明涉及繩索阻尼參數實驗，尤其是涉及一種采用高速相機測量繩索阻尼參數的實驗方法，用以研究繩索的阻尼特性，并可為繩索的工程應用提供參考。

背景技術

繩索具有線密度低、強度高、柔性好等特點，因此廣泛應用于各種工程領域，包括斜拉橋、風洞試驗、繩系衛星、大型射電望遠鏡、水下探測、船舶起重等，通常將這類機構稱為繩牽引機構。繩索的阻尼特性是影響機構功能的重要因素之一，也是設計中需要考慮的重要參數。繩索的材料、長度、直徑、預緊力不同，都會導致繩索阻尼有較大差異，而迄今尚未見到可靠、完整的繩索阻尼數據可供查詢。目前，關于繩牽引機構的研究中，要么不考慮繩索阻尼，要么將繩索阻尼用虛擬值代替，這將給繩牽引機構的設計帶來較大誤差，甚至影響繩索工程應用的安全性。由于繩索阻尼無法用理論方法計算得到，因此采用實驗方法研究繩索的阻尼特性具有重要意義。

文獻1(謝旭，中村一史，前田研一，等.CFRP拉索阻尼特性實驗研究和理論分析[J].工程力學,2010,27(3)：205-211,216)提出一種基于自由衰減振動的方法測量繩索阻尼參數，其利用激振器對繩索施加激勵，利用激光位移計測量繩索的振動位移。文獻2(李曉章，謝旭，張鶴.橋梁拉索用CFRP線材阻尼特性試驗研究和理論分析[J].工程力學,2015,32(1)：176-183)也提出一種基于自由衰減振動的方法測量繩索阻尼參數，其通過懸掛重物施加強制位移的方法讓繩索發生自由衰減振動，利用應變片測量繩索應變，得到繩索阻尼。上述兩種方法中，若繩索很細，激光位移計和應變片將難以用于測量，因此上述兩種方法均不適用于細繩的阻尼測量。

發明內容

本發明的目的在于針對迄今尚未見到可靠、完整的繩索阻尼數據可供查詢，提供可在實際工程應用中使用繩索時，繩索的阻尼參數對繩索的選取具有重要影響和決定性作用的一種用于測量繩索阻尼參數的實驗方法。

本發明包括以下步驟：

1)將張力傳感器和相機的數據線連接到計算機上，利用計算機中的張力采集系統和相機拍攝軟件分別記錄繩索預緊力和振動位移；

2)先將花籃螺絲與張力傳感器分別安裝固定在實驗臺架兩側，再將被測試的繩索張緊在花籃螺絲與張力傳感器之間，保證繩索在水平、無垂度、無風的條件下進行阻尼實驗；

3)調整相機，使相機的透鏡軸與繩索處于同一水平面上，對準繩索拍攝點；接著打開補光燈，調節相機焦距、采樣頻率和分辨率；

在步驟3)中，所述采樣頻率最好為＞500Hz，分辨率最好為＞1024×128。

4)預緊力調節；

在步驟4)中，所述預緊力調節的方法可為旋緊花籃螺絲，直至繩索張力達到目標值。

5)施加激勵；

在步驟5)中，所述施加激勵的方法可為：在繩索中央懸掛重物，保證重物靜止不搖晃；打開補光燈，先提前幾秒開始拍攝，再用剪刀剪斷懸掛重物的繩索。

6)視頻剪輯；

在步驟6)中，所述視頻剪輯的方法可為：截取繩索開始振動至完全停止的視頻，并保存，所述保存可采用適當的格式保存。

7)數據處理；