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2020-10-01

滑轮 | 分类和建模

在本文中,将介绍RFEM中滑轮的基本原理及建模方法。

起源

超过2500年前,建筑施工中已经使用了起重机等机械辅助器械。随着时间的推移,这些机械不断得到改进。为了在没有马达的情况下移动重物,当时采用了杠杆定律和通过多根绳索和滑轮的力增大。这些简单却又巧妙的基本原理至今仍在应用。

什么是倍增滑轮组?

倍增滑轮组是由一根绳子和至少一个滑轮组成的混合结构,用于提升重物。通过使用多个滑轮,可以不断减少提升重量所需的力。其中部分滑轮是固定的,其他则是随提升动作移动的所谓的活动滑轮。力的增大优势需要通过增加的拉动距离来弥补。

四种典型的滑轮组

接下来我们将介绍四种下拉力滑轮组的变体。在附加的文件中,首先进行了尽可能现实的结构设计,其次是一个简单的示意性建模,以便更好地理解其行为。

在每个变体中,此例中的任务都是将重G = 100 N提升到u = 100 mm的高度。在其中:

F 提升重量所需的力,在RFEM模型中对应于左下部支座
n 承载绳索段的数量
Δl 将重量提升u所需的拉动距离

对于这类滑轮组,所需的拉动距离计算公式为Δl = n · u。

实现比例 1 : 1 F = G Δl = u

实现比例 1 : 2 F = 0.5 · G Δl = 2 · u

实现比例 1 : 3 F = 1/3 · G Δl = 3 · u

实现比例 1 : 4 F = 1/4 · G Δl = 4 · u

RFEM中的建模

在建模时,需要将绳索输入为具有至少三个节点的连续折线。这样程序“知道”它是一个整体绳索的元素。随后可以将折线赋予“滑轮上的绳索”这个杆件类型。在绳索杆的至少一端必须有一个固定的支座或杆件,以便传递施加的拉力。由于在“滑轮上的绳索”中拉力应保持恒定,因此连接的元素不需要进一步的定义。如果绳索在邻接元素或节点评力处出现弯曲,拐弯力将传递到相应处。

在建模过程中,刚性杆件被设计为能够在一个支座上读取楼板力。在活动滑轮处设置了额外的稳定支座,以防止不稳定情况。

所需的拉动距离是通过节点强制变形施加的。


作者

Fröhlich 先生为我们的客户提供技术支持,负责钢筋混凝土结构领域的研发工作。

链接
参考


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