基于悬链线理论的柔索空间构形与张力的实验研究

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1、学校代码10530学号201510181933分类号TP351;P741密级公开硕士学位论文基于悬链线理论的柔索空间构形与张力的实验研究学位申请人刘明龙指导教师郭小刚邓旭辉学院名称土木工程与力学学院学科专业结构工程研究方向结构工程二〇一八年五月ExperimentalstudyontheSpatialconfigurationandtensionofcablebasedoncatenarytheoryCandidateLiuMinglongSupervisorGuoXiao-GangDengXu-HuiCollegeCollegeofCivil

2、EngineeringandMechanicsProgramArchitectureandCivilEngineeringSpecializationStructuralEngineeringDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学硕士学位论文本文受国家自然科学基金重点项目：深海金属矿产资源开采系统对复杂工作环境的响应机理研究（51434002）中国大洋协会国际海域资源调查与开发“十二五”课题：多金属结核采集扰动试验系统研制及合同区海上试验（DY125-14-T-03）深海

3、矿产资源开发利用技术国家重点实验室的共同资助I湘潭大学硕士学位论文摘要柔索结构不仅在悬索屋盖、悬索桥和斜拉桥、工程索道、输电线、系泊等领域中有广泛基础的应用，在拖曳系统中也有大量应用，如空中拖曳、深海拖曳等。柔索静动态空间构形与张力测试技术对柔索理论研究和工程运用具有重要的意义，而目前尚没有一套完备的测试装置和技术标准。针对上述情况，本文设计并制造了柔索空间构形与张力测试装置，并进行了与柔索相关的实验研究。本文主要研究内容和结论如下：1、本文导出了均布力和中点垂向集中力作用下的柔索悬链线理论，给出计算出柔索空间构形和张力的理论解；导出了在悬链线

4、最低点坐标已知的情况下，自然悬挂状态下水平张力的显式表达式；导出了柔索在足够大中点向下垂向集中力作用下的水平张力近似解；不用解超越方程，导出用几何参数表达的自然悬挂状态下柔索水平张力近似解和柔索端点约束力近似解，并针对以上推导出的重要公式进行算例分析。2、根据柔索静动态测试的要求，研发设计柔索空间构形与张力测试装置，对比确定选用“示教盒+运动控制卡+步进电机驱动器+步进电机”的控制方案和“步进电机+滚珠丝杠”的运动方案，并进一步设计机械装置，完成各部件选型与配置，制造了测试装置。3、通过不锈钢圆环链条的静态空间构形和张力测试试验，对比悬链线理论

5、的解析解，验证了测试装置的可靠性与稳定性；测试不锈钢圆环链条在其他受力状态和运动状态下的空间构形或张力，以期对柔索计算理论进一步推导与仿真等提供实验数据参考。关键词：柔索；构形；张力；测试装置；悬链线理论；深海采矿I基于悬链线理论的柔索空间构形与张力的实验研究AbstractTheflexiblecablestructureisnotonlywidelyusedinthefieldofsuspendedcableroof,suspensionbridgeandcable-stayedbridge,engineeringropeway,trans

6、missionline,mooringandsoon,butalsohasalargenumberofapplicationsintowingsystem,suchastowingintheair,deepseatowingandsoon.Thestaticanddynamicspatialconfigurationandtensiontestingtechnologyofflexiblecablesareverysignificancetothestudyofflexiblecabletheoryandengineeringapplicati

7、on,butnowadaysthereisnotacompletesetoftestingdevicesandtechnicalstandards.Inordertosolvethisproblem,thespaceconfigurationandtensiontestingdeviceofflexiblecableisdevelopedinlaboratory.Theexperimentalstudyrelatedtothesoftcordwasalsocarriedout.Themaincontentsandconclusionsofthi

8、spaperareasfollows:1、Inthispaper,thetheoryofflexiblecablecatenaryisanalyzed