受力分析及材料简析.ppt-上海攀岩基金.PDF

上海攀岩基金 copyright 杀手不太冷 冲坠受力分析 器械材质简析 PART A ：冲坠力学分析 1.物理力学的概念简介： Ft=MV——冲量 （冲击力(N)*时间(s) ）=动量 （质量(g)*速度(m/s) ） Ek=1/2mv^=Mgh ——动能(焦耳） t是指冲击过程中的整段时间。 概念： 1、任何物理运动，都不可能是“瞬间完成” （时间为0 ）！都必须有一个时间过程，只 是时间长短问题。 I 2、动量MV相同时，作用时间t越短，产生的冲击力F就越大！——F与t成反比。 （如果t为0 ，理论上F是无穷大！）。（所以给予足够的冲坠缓冲也是延长冲击时间 的一种手段） 3、任何物体 （无论多么坚硬）在受力（无论多小）时都会变形。（ 岩使用动力绳 的原因也在于此） 形变的大小首先是物体本身具备抗拒冲击的能力反应 （预应力概念） 形变的可能带来更长的抵抗时间（时间是化解速度的根本因素） 首先我们冲坠以后所有的动量来源于我们体重的自由落体运动。 重力加速度 g=9.8m/s^ 自由落体形成的速度 V=√(2gh) （此处不考虑空气的摩擦力） 所以得出冲击力公式：F=(M√2gh)/t 但这个公式是指落在地面上的冲击力，其中的t是指冲击过程中的整个时间。 t=V/g可以以此代入计算 2.然而我们需要计算冲坠时被动力绳牵引状态的冲击力就是非常复杂 的一个力学系统： 冲击力最终表现为坠落被制止整个过程中，传给 登者的力量。其中包含绳索的缓 冲，安全带的缓冲，各个保护点的摩擦力消耗及锁具形变的缓冲。同时它也沿着绳 传给保护点、铁锁和保护人。 整个系统是一个动量相互抵消的过程 简化举例：假设一质量为60KG的攀岩者操作不慎，发生冲坠，由于安全带的保护最终使其悬 挂起来，已知其跌落2米，安全带弹性缓冲作用时间为0.50S ，求安全带对人作用的平均冲力 解：在人下落的整个过程中，重力的冲量和安全带的冲量相等，但是作用方向相反，设人坠 落的时间为t (mg) = √(2h/g)。 Lmg+Lf=MVmg-MVf=0 Vmg=gt(mg) Vf=gt(f) F*0.5=Mg(t(mg) +0.5)=1.14KN 然而当 爬者跌下时，能量会被确保系统和特别被绳索吸收。如果绳索能有效地吸 收能量， 爬者所承受的冲击力会大大减少。 爬者在跌下至停止时，所产生持续 不变的力，称为‘冲击力’。 所以绳索在攀岩运动中起到的抵抗冲击力的作用就非常重要。 国际上有对冲击力的标准要求： ■单绳：80公斤物体在坠落系数为1.77时坠落，绳索作用于物体的冲击力必须小于12KN （人体所能承受的安全极限）。 ■双绳：55公斤物体在坠落系数为1.77时坠落，绳索作用于物体的冲击力必须小于8KN （单股双绳测试）。 ■对绳：80公斤物体在坠落系数为1.77时坠落，绳索作用于物体的冲击力必须小于12KN （两股对绳测试）。 由此我们可以借由绳索吸收能量的能力来计算冲击力的大小。 坠落系数及最大冲击力： 每条绳索的性能都由它的最大冲击力来决定。经实验室测试出的绳索冲击力实际是 一种极限数值，因为在实际攀登作业中，安全带、锁具、岩锥等保护器材都会吸收 部分能量。我们现在所用的数值以实验室测试数值为准。 理论坠落系数假定——保护者与最高保护点之间不存在任何磨擦；坠落产生的全 部冲击力完全由绳索吸收。 坠落系数 （f ）计算公式： 坠落高度 实验室模型图： f = 有效绳长 实际攀登图： 最大冲击力计算： 主绳的弹性来化解冲击力，象蹦 极绳一样的动力绳能够吸收突然 的冲击力。 所有其它的装备都是围绕着这个 前提来设计的（强度均大于20K N ，一 在20KN-25KN之间） 长的绳 能够延展更长，吸收更 多的能量，这就是为什么冲坠系 数相同的4米脱落和20米脱落所 产生的冲击力是一样大的，所以 坠落系数与坠落高度无关，而与 坠落高度与有效绳长的比值有关， 因为绳索越长，坠落被缓冲的距 离也就越长。 （冲坠系数为2时， 此力约为9