宋旦鋒，盧永錦

上海船舶設(shè)備研究所，上海200031

沖擊載荷下彈性索波動(dòng)行為試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

宋旦鋒，盧永錦

上海船舶設(shè)備研究所，上海200031

針對(duì)在沖擊波作用下難以對(duì)彈性索波動(dòng)行為進(jìn)行試驗(yàn)研究且實(shí)際試驗(yàn)成本高等問題，提出一種沖擊載荷下彈性索波動(dòng)行為試驗(yàn)裝置，裝置由加速系統(tǒng)、鋼索系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)組成。根據(jù)總體性能要求，探索波動(dòng)行為特征，確定各部分組成的工作原理和詳細(xì)構(gòu)成（載荷和系統(tǒng)等多種參數(shù)可以調(diào)整），設(shè)計(jì)相關(guān)性能試驗(yàn)驗(yàn)證方法。試驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)的過程中涉及試驗(yàn)原理的選擇、試驗(yàn)方法的實(shí)現(xiàn)，以及信號(hào)處理和圖像處理等技術(shù)，可為研究鋼索應(yīng)力波行為提供試驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)，也可為鋼索應(yīng)力波相關(guān)工程應(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)參考。

沖擊載荷；彈性索；波動(dòng)行為；試驗(yàn)裝置；信號(hào)處理

0 引 言

鋼索裝置是機(jī)械系統(tǒng)中最常見的組件之一，在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，鋼索會(huì)受到橫向沖擊載荷的作用。在沖擊載荷下鋼索的力學(xué)響應(yīng)往往與靜載荷下的響應(yīng)顯著不同，在沖擊載荷下，將產(chǎn)生應(yīng)力波傳播效應(yīng)［1-2］。近年來，在船舶領(lǐng)域，萬晨［3］和梁利華等［4］建立了鋼索受沖擊的三維有限元實(shí)體模型，并進(jìn)行仿真研究；Xu等［5］基于三維離散單元，研究了高能量沖擊下索的特征；Mikhaluk等［6］建立了鋼索裝置全系統(tǒng)仿真程序，并應(yīng)用多種軟件進(jìn)行協(xié)同仿真；沈文厚等［7-8］發(fā)展了基于絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法的具有接觸碰撞功能的大位移索單元；羅青等［9］對(duì)鋼索沖擊后產(chǎn)生彎折波的現(xiàn)象進(jìn)行了仿真研究。另外，針對(duì)落石防護(hù)場(chǎng)合鋼索的沖擊也有一定的研究［10-11］。以上研究主要側(cè)重?cái)?shù)值仿真

研究，而較少有通過試驗(yàn)開展的相關(guān)研究。

在實(shí)際的鋼索裝置應(yīng)用場(chǎng)合，鋼索末端一般會(huì)連接到帶阻尼的裝置上，在沖擊載荷作用下，鋼索中會(huì)產(chǎn)生非常復(fù)雜的應(yīng)力波行為。由于在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行鋼索沖擊試驗(yàn)成本非常高，故不利于開展相關(guān)研究，且目前也沒有現(xiàn)成的產(chǎn)生鋼索應(yīng)力波行為的試驗(yàn)裝置。因此，本文提出設(shè)計(jì)一種沖擊載荷下彈性索應(yīng)力波行為的試驗(yàn)裝置，用于研究鋼索沖擊后產(chǎn)生應(yīng)力波行為的機(jī)理，為鋼索裝置使用的預(yù)報(bào)及評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，提高鋼索裝置使用的可靠性和安全性。

1 橫向沖擊下彈性索波動(dòng)行為

根據(jù)波動(dòng)理論，彈性張力索在橫向沖擊載荷作用下存在縱向和橫向波動(dòng)行為，其中縱向?yàn)閴嚎s波，橫向包括彎曲波和剪切波。預(yù)張力作用使鋼索在沖擊施加前保持直線狀態(tài)，隨著橫向沖擊載荷的作用，使得鋼索出現(xiàn)三角形的應(yīng)力波傳播狀態(tài)［12-13］。如圖1所示，相應(yīng)的應(yīng)力波稱為彎折波，并向兩端快速延伸，在遇到鋼索兩側(cè)邊界后會(huì)出現(xiàn)波的反射從而形成疊加現(xiàn)象，由于鋼索與系統(tǒng)存在耗散，故彎折波在傳播的過程中會(huì)衰減。本試驗(yàn)裝置就是用于對(duì)不同工況下彎折波的形成與傳播進(jìn)行試驗(yàn)研究，尋找規(guī)律。

圖1 彈性索彎折波傳播過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of kink-wave propagation in steel wire ropes

由于壓縮剛度和剪切剛度遠(yuǎn)大于彎曲剛度，所以更容易出現(xiàn)彎曲波，在工程中進(jìn)行研究也更有意義。鋼索為均質(zhì)材料，有一定的預(yù)張力，在橫向沖擊載荷作用過程中，假設(shè)鋼索變形仍然在彈性范圍內(nèi)，鋼索運(yùn)動(dòng)滿足一維縱波波動(dòng)方程：

式中：u(x，t)為鋼索質(zhì)點(diǎn)縱向位移；σ0為鋼索預(yù)張力對(duì)應(yīng)的初應(yīng)力；E為材料的楊氏模量；ρ為材料密度。若將式中的用C0表示，通常C0就是縱波波速。

鋼索在受到橫向沖擊載荷作用時(shí)，橫波也是主要的形式，并以一定的速度進(jìn)行傳播。在有一定的預(yù)張力的情況下，橫波波速為

式中，σ為鋼索中的應(yīng)力。

鋼索承受橫向沖擊后，將同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波，且傳播的縱波及橫波還會(huì)相互耦合影響。同時(shí)，鋼索連接終端的阻尼器也將產(chǎn)生時(shí)變的鋼索載荷，然后鋼索中的時(shí)變載荷又會(huì)對(duì)應(yīng)力波產(chǎn)生影響，從而使得鋼索運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變得非常復(fù)雜。

2 裝置組成設(shè)計(jì)

2.1 裝置總體設(shè)計(jì)

為了研究鋼索中由時(shí)變沖擊載荷所引起的鋼索波動(dòng)行為，可以通過設(shè)計(jì)特定的試驗(yàn)裝置來進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)理研究，該試驗(yàn)裝置的主要功能是模擬實(shí)際的鋼索裝置受到橫向沖擊后產(chǎn)生的波動(dòng)行為，并要求在實(shí)驗(yàn)室能實(shí)現(xiàn)低成本的多工況試驗(yàn)探索。根據(jù)試驗(yàn)裝置的功能需求，試驗(yàn)裝置應(yīng)由加速系統(tǒng)、鋼索系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)組成，其總體構(gòu)成原理示意如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)裝置總體構(gòu)成示意圖Fig.2 Schematic diagram of test apparatus

考慮到試驗(yàn)要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)裝置中質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)總行程約為7.5 m，可劃分為3個(gè)階段，即加速段、減速段和限位段，分別為1.5，4.5～5.5和0.5 m，如圖3所示。在加速段，開始速度為0 m/s，至加速段結(jié)束時(shí)速度達(dá)到各種預(yù)計(jì)值。減

速段的開始速度為預(yù)計(jì)值，至減速段結(jié)束時(shí)速度達(dá)到0 m/s。限位段是為了防止減速失效而對(duì)運(yùn)動(dòng)塊的阻擋限位。

圖3 質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)過程劃分圖Fig.3 Schematic of movement distance in each stage

根據(jù)初步的計(jì)算及估計(jì)，所設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置的總體參數(shù)要求為：質(zhì)量塊的質(zhì)量為5.0～10.0 kg，質(zhì)量塊的最大預(yù)計(jì)速度為15 m/s，鋼索直徑為2.0～5.0 mm，鋼索跨距為1.0～2.0 m。

2.2 裝置各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 加速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

加速系統(tǒng)的功能為：將質(zhì)量塊加速至一定的預(yù)定速度，并橫向沖擊鋼索裝置中的鋼索。根據(jù)總體參數(shù)要求，需要在行程為1.5 m的范圍內(nèi)將最大質(zhì)量10 kg的質(zhì)量塊加速至15 m/s?？紤]到試驗(yàn)成本的控制，加速系統(tǒng)宜采用成熟的加載方式，目前可供選擇的加載方式有自由落體式、液壓加速式、氣動(dòng)加速式、電機(jī)牽引式和彈簧加速式等，各種加載方式的優(yōu)點(diǎn)以及所存在的問題如表1所示。

表1 不同加載方式特點(diǎn)對(duì)比Tab.1 Comparison of the characteristics of various loading methods

考慮到要將試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)為小質(zhì)量、大速度的工況，要求試驗(yàn)成本低且具有可重復(fù)、參數(shù)易調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠等功能，通過對(duì)各種物理加載原理或方式的對(duì)比，選擇彈簧加速方式。彈簧加速系統(tǒng)主要由滑車、加載裝置、驅(qū)動(dòng)裝置及臺(tái)架等組成，如圖4所示。

圖4 彈簧加速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of spring accelerating unit

滑車內(nèi)放置有質(zhì)量塊，可在導(dǎo)軌上運(yùn)行；加載裝置由若干根拉簧組成，可根據(jù)不同的預(yù)設(shè)速度要求調(diào)整拉簧的數(shù)量，滑車由拉簧牽引；驅(qū)動(dòng)裝置由減速電機(jī)、絲桿及鎖放機(jī)構(gòu)等組成，絲杠上的螺母通過鎖放機(jī)構(gòu)與滑車相連；滑車、驅(qū)動(dòng)裝置及加載裝置共同安裝在臺(tái)架上。工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將滑車連同拉簧拉伸至一定的行程，然后通過鎖放機(jī)構(gòu)快速釋放，拉簧的拉力使滑車加速，當(dāng)加速至滑車軌道端部時(shí)，滑車受到阻擋塊的阻擋減速停下，而滑車內(nèi)的質(zhì)量塊則因慣性繼續(xù)向前運(yùn)行，與滑車分離后按設(shè)定的方向沖擊鋼索。

2.2.2 鋼索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鋼索系統(tǒng)為模擬實(shí)際場(chǎng)合的鋼索設(shè)備，其接受質(zhì)量塊的橫向沖擊后會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)行為。鋼索由導(dǎo)向滑輪和滑輪組與阻尼器連接，以使質(zhì)量塊的能量在一定行程內(nèi)得到耗散，從而使得運(yùn)動(dòng)質(zhì)量得以制動(dòng)?？紤]到質(zhì)量塊的速度和制動(dòng)距離，鋼索通過導(dǎo)向滑輪連接阻尼器，以匹配阻尼器的運(yùn)動(dòng)速度和行程，從而與粘滯阻尼器的性能相適應(yīng)。由于試驗(yàn)要求能對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量進(jìn)行研究，因此設(shè)計(jì)了可調(diào)參數(shù)阻尼器，擬實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量和不同速度工況下的制動(dòng)試驗(yàn)。圖5所示為所設(shè)計(jì)阻尼器的性能參數(shù)。為在鋼索中產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，鋼索在攔截兩端設(shè)有張緊輪，可通過調(diào)節(jié)張緊輪的彈簧實(shí)現(xiàn)張緊力的調(diào)整。

圖5 閥門角度對(duì)應(yīng)的阻尼系數(shù)測(cè)試結(jié)果Fig.5 Variation of measured damping coefficient with respect to valve angle

鋼索系統(tǒng)主要由鋼索、調(diào)整滑輪、導(dǎo)向滑輪、消波器、臺(tái)架、滑輪組、阻尼器及復(fù)位器等組成，其總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6 鋼索系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意Fig.6 Structure of steel wire rope system

鋼索為本試驗(yàn)裝置主要的研究對(duì)象，其穿繞通過調(diào)整滑輪、導(dǎo)向滑輪、消波器和滑輪組，最終固定在滑輪組的固定端；調(diào)整滑輪用于調(diào)整滑輪兩側(cè)的跨距，通過安裝不同的位置，可以方便實(shí)現(xiàn)總體要求的1.0～2.0 m跨距的布置；消波器用于吸收鋼索沖擊后的峰值，也可固定成導(dǎo)向滑輪用，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的不同需求；滑輪組分為固定端和移動(dòng)端，通過兩組滑輪的穿繞，在鋼索攔住質(zhì)量塊的沖擊后，質(zhì)量塊的速度和移動(dòng)距離可轉(zhuǎn)化成滑輪組等比例縮小后的速度及移動(dòng)距離；滑輪組移動(dòng)端連接著阻尼器的活塞桿，可將質(zhì)量塊的能量傳遞至阻尼器；阻尼器設(shè)置成可調(diào)節(jié)參數(shù)，用于吸收不同質(zhì)量和速度的質(zhì)量塊的能量；復(fù)位器用于攔住質(zhì)量塊后的系統(tǒng)復(fù)位。

2.2.3 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)由相關(guān)傳感器、高速攝像設(shè)備及采集分析設(shè)備組成。其中，傳感器用于測(cè)試質(zhì)量塊的沖擊速度和鋼索張力等參數(shù)，高速攝像設(shè)備用于捕捉應(yīng)力波的位置變化等特征參數(shù)。

基于試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)及研究的需要，測(cè)試系統(tǒng)也需要與其對(duì)應(yīng)。對(duì)質(zhì)量塊的內(nèi)部體積，有一定的限制，需要在運(yùn)動(dòng)中測(cè)試拖曳力。將其測(cè)試方式設(shè)計(jì)為無線方式，力的傳感調(diào)制編碼信號(hào)通過無線傳輸給固定終端，在固定終端記錄分析。索的張力與索的波動(dòng)行為之間應(yīng)該有密切的關(guān)系，因此設(shè)計(jì)了張緊輪用于調(diào)制索的張力，同時(shí)在張緊輪端部設(shè)置了壓力傳感器。為了掌握阻尼的時(shí)程變化，在阻尼器活塞前、后腔設(shè)置壓力傳感單元或阻尼器頂推桿串接力傳感器，并在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行標(biāo)定。各個(gè)參數(shù)測(cè)量均需要設(shè)計(jì)選擇傳感單元、信號(hào)調(diào)理單元及信號(hào)記錄處理單元，以保證系統(tǒng)的量程、動(dòng)態(tài)范圍、頻響、信噪比及遲滯等參數(shù)滿足要求。

針對(duì)試驗(yàn)裝置中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，需要選擇方式以確定運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊的初始速度。對(duì)于受到鋼索作用后的質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)軌跡，以及鋼索受到橫向沖擊載荷作用后的波動(dòng)行為，由于采用常規(guī)的傳感方式較難實(shí)現(xiàn)，因此，在測(cè)試方案設(shè)計(jì)中選擇高速攝影?？紤]到圖像采集系統(tǒng)的最大像素以及相應(yīng)的捕捉速率（幀/s），根據(jù)不同的拍攝距離最大像素對(duì)目標(biāo)的分辨率是不一樣的，而捕捉速率也與目標(biāo)分辨率有關(guān)，捕捉精度則取決于高速攝影設(shè)備的性能。

3 性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)

裝置的性能設(shè)計(jì)主要包括加速系統(tǒng)加速性能預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)、鋼索系統(tǒng)制動(dòng)性能預(yù)報(bào)分析和鋼索沖擊載荷工況設(shè)計(jì)。通過性能設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)相關(guān)的試驗(yàn)工況，結(jié)合具體試驗(yàn)的結(jié)果，探索橫向沖擊載荷作用下鋼索的波動(dòng)行為規(guī)律。

3.1 加速系統(tǒng)性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)力學(xué)原理，拉簧將質(zhì)量塊加速至最大的速度v為

式中：M為計(jì)算質(zhì)量，kg；v為質(zhì)量塊達(dá)到的最大速度，m/s；k為單根拉簧的剛度系數(shù)，N/m；l為彈簧的加速行程，m；n為拉簧根數(shù)；f為摩擦力總和，N。

根據(jù)試驗(yàn)工況要求，加速系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的拉簧根數(shù)可調(diào)，滿額為8根，每根拉簧的剛度為562.13 N/m，拉簧的最大行程為1.0 m。摩擦阻力和空氣阻力的總和預(yù)計(jì)為98 N。根據(jù)計(jì)算，在最大加速行程1.0 m情況下，可得到不同根數(shù)拉簧加載時(shí)對(duì)應(yīng)質(zhì)量塊的質(zhì)量與速度的關(guān)系。

3.2 鋼索系統(tǒng)制動(dòng)性能預(yù)報(bào)分析

鋼索系統(tǒng)制動(dòng)是因?yàn)橄到y(tǒng)中設(shè)置有能量耗散單元，即粘滯液體阻尼器。如圖5所示，根據(jù)相關(guān)力學(xué)原理，假設(shè)鋼索制動(dòng)過程主要是阻尼器的效應(yīng)，阻尼滿足粘性模型，針對(duì)二維問題，經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化，可以得到運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊受到制動(dòng)過程的運(yùn)動(dòng)方程為

式中：m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，kg；X為向前的位移，m；c為系統(tǒng)粘性系數(shù)，N（/m·s-1）；L為鋼索半跨長(zhǎng)度，m。

考慮到運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊存在的受力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可以預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊制動(dòng)過程相關(guān)量之間的關(guān)

系，例如，制動(dòng)力可以近似表示為

式中，K=2c/m，為常數(shù)。

為了給試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)定量的參考，根據(jù)上面的相關(guān)理論，對(duì)不同試驗(yàn)工況進(jìn)行了計(jì)算分析，并分別考慮了不同運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m、不同初速度v0和不同粘性系數(shù)c情況下索力與制動(dòng)距離的關(guān)系，具體如圖7～圖9所示。

圖7 不同粘性系數(shù)下索力與制動(dòng)距離的關(guān)系（運(yùn)動(dòng)質(zhì)量5.0 kg，跨度2.0 m，初速度4.0 m/s）Fig.7 Relationship between the rope force and displacement with different damping coefficients（moving mass is 5.0 kg，span is 2.0 m，initial velocity is 4.0 m/s）

圖8 不同初速度下索力與制動(dòng)距離的關(guān)系（運(yùn)動(dòng)質(zhì)量5.0 kg，跨度2.0 m，粘性系數(shù)12.5 N（/m·s-1））Fig.8 Relationship between the rope force and displacement with different initial velocity（moving mass is 5.0 kg，span is 2.0 m，damping coefficient is 12.5 N（/m·s-1））

圖9 不同運(yùn)動(dòng)質(zhì)量下索力與制動(dòng)距離的關(guān)系（跨度2.0 m，初速度10 m/s，粘性系數(shù)25.0 N（/m·s-1））Fig.9 Relationship between the rope force and displacement with different moving mass（span is 2.0 m，initial velocity is 10 m/s，damping coefficient is 25.0 N（/m·s-1））

除了考慮不同質(zhì)量、不同速度、不同粘性系數(shù)外，還需要試驗(yàn)不同跨距、不同偏移量和不同偏移角度情況下的沖擊性能，主要測(cè)試鋼索應(yīng)力波的特征參數(shù)，進(jìn)而提供理論分析。

4 結(jié) 語

為了研究彈性索在沖擊載荷下的波動(dòng)行為，本文設(shè)計(jì)了一種沖擊載荷下鋼索應(yīng)力波行為試驗(yàn)裝置，提出采用多根拉簧加速質(zhì)量塊的方式提供試驗(yàn)沖擊能量，以及采用可調(diào)參數(shù)的阻尼器產(chǎn)生時(shí)變載荷的鋼索裝置作為研究鋼索應(yīng)力波行為的平臺(tái)，該試驗(yàn)裝置可為鋼索應(yīng)力波的理論及試驗(yàn)研究提供技術(shù)支撐。

［1］ 王禮立.應(yīng)力波基礎(chǔ)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005. WANG Lili.Foundation of stress wave［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2005.

［2］ RINGLEB F O.Cable dynamics：NAEF-ENG-6169［R］.U.S.：Naval Air Engineering Facility Engineering Department，1956.

［3］ 萬晨.艦載機(jī)攔阻裝置剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模及動(dòng)態(tài)特性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013. WAN Chen.Research on rigid-flexible coupling model and dynamic characters of carrier-based aircraft arresting system［D］.Harbin：Harbin Engineering University，2013.

［4］ 梁利華，萬晨，荀盼盼.飛機(jī)攔阻索動(dòng)態(tài)特性研究［J］.航空學(xué)報(bào)，2013，34（4）：833-839. LIANG Lihua，WAN Chen，XUN Panpan.Study on the dynamic performance of aircraft arresting cable［J］.Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2013，34（4）：833-839.

［5］ XU B，DONG P P，ZHANG J H，et al.A three dimensional approach to model steel wire ropes used in high energy absorber apparatus［J］.International Journal of Solids and Structures，2014，51（25/26）：4280-4293.

［6］ MIKHALUK D，VOINOV I，BOROVKOV A.Finite element modeling of the arresting gear and simulation of

the aircraft deck landing dynamics［C］//6th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conference（ENOC 2008），2008.

［7］ 沈文厚，趙治華，任革學(xué)，等.攔阻索沖擊的多體動(dòng)力學(xué)仿真研究［J］.振動(dòng)與沖擊，2015，34（5）：73-77，94. SHEN Wenhou，ZHAO Zhihua，REN Gexue，et al. Multi-body dynamic simulation of impact on cross deck pendant［J］.Journal of Vibration and Shock，2015，34（5）：73-77，94.

［8］ 沈文厚，丁祥，郭叔偉.攔阻索應(yīng)力的仿真研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（14）：224-229. SHEN Wenhou，DING Xiang，GUO Shuwei.Stress simulation of the purchase cable［J］.Science Technology and Engineering，2015，15（14）：224-229.

［9］ 羅青，馮蘊(yùn)雯，馮元生.基于彎折波的艦載機(jī)攔阻著艦動(dòng)力學(xué)分析及仿真研究［J］.機(jī)械強(qiáng)度，2009，31（4）：543-547. LUO Qing，F(xiàn)ENG Yunwen，F(xiàn)ENG Yuansheng.Dynamic analysis and simulation of carrier aircraft arrested deck-landing based on kink-wave［J］.Journal of Mechanical Strength，2009，31（4）：543-547.

［10］ MOON T，OH J，MUN B.Practical design of rockfall catch fence at urban area from a numerical analysis approach［J］.Engineering Geology，2014，172：41-56.

［11］ VAN TRAN P，MAEGAWA K，F(xiàn)UKADA S.Prototype of a wire-rope rockfall protective fence developed with three-dimensional numerical modeling［J］. Computers and Geotechnics，2013，54：84-93.

［12］ 盧永錦，渠慎諾.彈性鋼索一次沖擊應(yīng)力的研究［J］.上海造船，1995（3）：35-38，46.

［13］ 盧永錦，渠慎諾.彈性鋼索二次沖擊應(yīng)力的研究［J］.上海造船，1995（4）：42-47.

Test apparatus for detecting wave propagation in wire ropes under impact load

SONG Danfeng，LU Yongjin
Shanghai Marine Equipment Research Institute，Shanghai 200031，China

Normally the experimental methods for detecting dynamic wave propagation in elastic wire ropes are considerably difficult and costly.In order to solve this problem,a test apparatus suite has been developed for investigating the behavior of wave propagation in elastic wire ropes under impact load.The apparatus is composed of an accelerating unit,steel wire rope system and measuring equipment.According to the general performance requirements,the operating principles and details of each component are carefully selected,and a series of verification tests with adjustable external loads and operation parameters are designed.Several aspects such as experimental theory and implementation,techniques of signal processing and image processing are involved in the design process.The proposed test apparatus can lay a foundation for the further experimental study about rope stress wave behavior,and may provide a technical reference for relevant engineering applications.

impact loading；steel wire ropes；wave propagation；test apparatus；signal processing

U664.6+9；TH122

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.012

2016-08-12

時(shí)間：2016-11-18 15:19

宋旦鋒（通信作者），男，1980年生，博士生，高級(jí)工程師。研究方向：船舶特種裝置。E-mail：sysdf@sina.com盧永錦，男，1963年生，碩士，研究員，博士生導(dǎo)師。研究方向：船舶特種裝置。

http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.tj.20161118.1519.024.html 期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

宋旦鋒，盧永錦.沖擊載荷下彈性索波動(dòng)行為試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)［J］.中國艦船研究，2016，11（6）：77-82. SONG Danfeng，LU Yongjin.Test apparatus for detecting wave propagation in wire ropes under impact load［J］. Chinese Journal of Ship Research，2016，11（6）：77-82.