[发明专利]一种用于测量绳索阻尼参数的实验方法

说明书

一种用于测量绳索阻尼参数的实验方法，绳索阻尼参数实验。所述实验方法涉及的实验装置设有花篮螺丝、张力传感器、计算机、高速相机、重物和实验台架。实验时将绳索张紧，在绳索中央悬挂重物；然后突然释放重物，对绳索中央施加瞬间激励，使其振动；采用高速相机拍摄绳索中央的振动过程；从所拍绳索振动视频中提取绳索振幅最大处的位移信息进行数据处理和分析，得出与绳索阻尼特性相关的参数及其变化规律。可测量不同长度、不同直径、不同预紧力和不同材料的绳索的阻尼参数，且结构装置简单、安装方便、操作简易、通用性强、试验周期短、试验成本低，可推广使用。

技术领域

本发明涉及绳索阻尼参数实验，尤其是涉及一种采用高速相机测量绳索阻尼参数的实验方法，用以研究绳索的阻尼特性，并可为绳索的工程应用提供参考。

背景技术

绳索具有线密度低、强度高、柔性好等特点，因此广泛应用于各种工程领域，包括斜拉桥、风洞试验、绳系卫星、大型射电望远镜、水下探测、船舶起重等，通常将这类机构称为绳牵引机构。绳索的阻尼特性是影响机构功能的重要因素之一，也是设计中需要考虑的重要参数。绳索的材料、长度、直径、预紧力不同，都会导致绳索阻尼有较大差异，而迄今尚未见到可靠、完整的绳索阻尼数据可供查询。目前，关于绳牵引机构的研究中，要么不考虑绳索阻尼，要么将绳索阻尼用虚拟值代替，这将给绳牵引机构的设计带来较大误差，甚至影响绳索工程应用的安全性。由于绳索阻尼无法用理论方法计算得到，因此采用实验方法研究绳索的阻尼特性具有重要意义。

文献1(谢旭，中村一史，前田研一，等.CFRP拉索阻尼特性实验研究和理论分析[J].工程力学,2010,27(3)：205-211,216)提出一种基于自由衰减振动的方法测量绳索阻尼参数，其利用激振器对绳索施加激励，利用激光位移计测量绳索的振动位移。文献2(李晓章，谢旭，张鹤.桥梁拉索用CFRP线材阻尼特性试验研究和理论分析[J].工程力学,2015,32(1)：176-183)也提出一种基于自由衰减振动的方法测量绳索阻尼参数，其通过悬挂重物施加强制位移的方法让绳索发生自由衰减振动，利用应变片测量绳索应变，得到绳索阻尼。上述两种方法中，若绳索很细，激光位移计和应变片将难以用于测量，因此上述两种方法均不适用于细绳的阻尼测量。

发明内容

本发明的目的在于针对迄今尚未见到可靠、完整的绳索阻尼数据可供查询，提供可在实际工程应用中使用绳索时，绳索的阻尼参数对绳索的选取具有重要影响和决定性作用的一种用于测量绳索阻尼参数的实验方法。

本发明包括以下步骤：

1)将张力传感器和相机的数据线连接到计算机上，利用计算机中的张力采集系统和相机拍摄软件分别记录绳索预紧力和振动位移；

2)先将花篮螺丝与张力传感器分别安装固定在实验台架两侧，再将被测试的绳索张紧在花篮螺丝与张力传感器之间，保证绳索在水平、无垂度、无风的条件下进行阻尼实验；

3)调整相机，使相机的透镜轴与绳索处于同一水平面上，对准绳索拍摄点；接着打开补光灯，调节相机焦距、采样频率和分辨率；

在步骤3)中，所述采样频率最好为＞500Hz，分辨率最好为＞1024×128。

4)预紧力调节；

在步骤4)中，所述预紧力调节的方法可为旋紧花篮螺丝，直至绳索张力达到目标值。

5)施加激励；

在步骤5)中，所述施加激励的方法可为：在绳索中央悬挂重物，保证重物静止不摇晃；打开补光灯，先提前几秒开始拍摄，再用剪刀剪断悬挂重物的绳索。

6)视频剪辑；

在步骤6)中，所述视频剪辑的方法可为：截取绳索开始振动至完全停止的视频，并保存，所述保存可采用适当的格式保存。

7)数据处理；