一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法

本发明涉及落石防护，具体涉及一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法。

背景技术：

1、精确的落石抛掷运动轨迹计算是抛掷式防护网系统设计的关键，直接决定了防护系统的防护性能实现。现有的抛掷设计方法忽略了防护网系统阻尼的影响，仅通过抛掷初速度套用斜抛运动公式估算抛掷轨迹，因此高估了防护系统的抛掷性能，计算抛掷高度明显大于实际抛掷高度，导致设计使用存在精度低、偏差大的问题。为此，本发明建立了一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，显著提高了抛掷式防护网设计的可靠性。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，解决了现有方法中未考虑防护网阻尼作用的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，包括如下步骤：

3、a、建立考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，包括设防冲击能量e、落石回弹抛掷沿x轴和y轴分力fx和fy的大小，以及瞬时速度v0；考虑落石抛掷过程中防护网阻尼作用，可以有效地提升落石轨迹预测的准确性，进而提升抛掷式防护网的应用的可靠性；

4、b、确定抛掷式防护网相关参数，包括：钢柱长度l、垂直作用下被动网极限变形量hy、抛掷式防护网铺装倾角θ；

5、c、根据抛掷式防护网相关参数，采用极限假设的思维设定钢柱最不利位置；

6、d、计算落石回弹瞬时速度v0，根据落石回弹抛掷沿x轴和y轴分力fx和fy的大小，计算落石回弹瞬时速度在x轴和y轴上的速度分量vx和vy；

7、e、根据设防能量e、防护网阻尼做功wf与数值模拟数据，构建e与wf的线性关系式，进而求出落石抛掷过程中的重力修正加速度；

8、f、根据步骤d和e计算结果构建基于斜抛运动考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹方程，建立落石抛掷边缘三角区域，校核并判断是否满足抛出条件；

9、g、将轨迹方程与x轴所围成的面积分为四个区域，建立四种分类标准，根据区域设置判别抛掷式防护网相关参数是否需要优化。

10、优选的，在步骤c中，所述钢柱最不利位置确定方法如下：

11、设落石冲击倾斜倾角θ铺设的网片至极限变形时，以落石质心为原点建立平面直角坐标系xoy，则钢柱端部m点坐标为(xh，yh)，当θ＝0°时，当θ＝90°时，xh＝0；即考虑yh抛掷最不利情况下，落石冲击水平铺设的网片时被动网极限变形量hy，yh＝hy；钢柱端部m点坐标为

12、优选的，在步骤d中，所述瞬时速度v0、速度分量vx和vy计算方法如下：

13、落石回弹抛掷瞬时速度v0为：

14、

15、式中，η为耗能系数，根据数学统计取值范围为0.65～0.8，e为设防冲击能量；m为落石重量；

16、落石回弹抛掷瞬时速度v0在x轴和y轴上的速度分量vx和vy为：

17、

18、

19、优选的，在步骤e中，设防能量与防护网阻尼做功wf的线性关系式根据实验与数值模拟数据进行线性拟合得到，设防能量关于防护网阻尼做功的线性拟合计算式具体为：

20、e＝c1wf+c2

21、其中，c1＝35.2136，c2＝30.5254；

22、在步骤e中，所述重力修正加速度g公式表示如下：

23、

24、优选的，在步骤f中，所述构建基于斜抛运动考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹方程具体包括：已知回弹瞬时速度v0、重力加速度g与水平方向的倾角α可知斜抛轨迹方程为：

25、

26、将重力修正加速度g替换推出基于斜抛运动考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹，轨迹方程为：

27、

28、优选的，在步骤f中，建立抛掷三角区域具体包括：设落石抛掷轨迹方程是落石质心的运动轨迹，此时落石的尺寸不可忽略，需进一步绘制边缘曲线，即落石抛掷轨迹内侧落石边缘的轨迹曲线，求出边缘轨迹上的三个点的坐标a(r，0)、

29、因边缘曲线表达式复杂，采用直线lab、lbc来代替边缘曲线，既简化求解过程，又为抛掷区域提供了富余度，直线lab、lbc和x轴形成三角区域，如钢柱端部m点落在三角区域内，说明落石未受系统阻碍能被抛掷出系统外。

30、优选的，在步骤g中，分类标准划分方法如下：设轨迹方程的顶点为a(xa,ya)，取直线l：

31、直线与轨迹方程形成的区域设为区域ⅰ；

32、直线l与三角区域的左直线构成的区域设为区域ⅱ；

33、直线l与三角区域的右直线构成的区域设为区域ⅲ；

34、最后将剩余的体型区域设为ⅳ。

35、优选的，在步骤g中，根据区域设置判别抛掷式防护网相关参数是否需要优化，具体包括如下：

36、当钢柱端部m点位于区域ⅰ时，此时抛掷式防护网弹性势能储备能量低，弹性势能储备能量来自落石冲击能量的转化；因此，区域ⅰ的优化判定分为两种情况：<1>落石冲击能量低：落石动能较小，网片弹性变形仅仅处于开始阶段，并未进入发展或极限变形阶段；<2>转化耗能比例过大：耗能器设置过多，导致抛掷式防护网弹性势能储备能量低，抛掷动能小，此时需在抛掷式防护网极限范围内提高系统刚度，减少耗能器布置或降低耗能比例；

37、当钢柱端部m点位于区域ⅱ时，此时落石回弹抛掷瞬时速度vx大于理想数值，此时应减小抛掷式防护网铺装倾角θ；

38、当钢柱端部m点位于区域ⅲ时，此时落石回弹抛掷瞬时速度vy大于理想数值，此时应增大抛掷式防护网铺装倾角θ；

39、当钢柱端部m点位于区域ⅳ时，此时抛掷式防护网处于理想设计参数条件下，设计合理，满足抛掷工作性工程要求。

40、本发明的有益效果是：本发明首次提出了一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，还原了落石抛掷的完整轨迹，且形成一套完备的计算方法来判定其抛掷工作性能，并划分区域对其进行了评价优化，明确了考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法的流程，使得抛掷式防护网的抛掷性能有据可依，实现了落石抛掷过程中考虑防护网阻尼作用的抛掷轨迹高精度预测及判定，可以有效地提高抛掷式防护网应用的可靠性。本发明构思巧妙，拥有广泛的市场应用前景，非常适合推广应用。

技术特征：

1.一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤c中，所述钢柱最不利位置确定方法如下：

3.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤d中，所述瞬时速度v0、速度分量vx和vy计算方法如下：

4.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤e中，设防能量与防护网阻尼做功wf的线性关系式根据实验与数值模拟数据进行线性拟合得到，设防能量关于防护网阻尼做功的线性拟合计算式具体为：

5.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤f中，所述构建基于斜抛运动考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹方程具体包括：已知回弹瞬时速度v0、重力加速度g与水平方向的倾角α可知斜抛轨迹方程为：

6.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤f中，建立抛掷三角区域具体包括：设落石抛掷轨迹方程是落石质心的运动轨迹，进一步绘制边缘曲线，即落石抛掷轨迹内侧落石边缘的轨迹曲线，求出边缘轨迹上的三个点的坐标a(r，0)、

7.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤g中，分类标准划分方法如下：设轨迹方程的顶点为a(xa,ya)，取直线l：

8.根据权利要求1所述的考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，其特征在于：在步骤g中，根据区域设置判别抛掷式防护网相关参数是否需要优化，具体包括如下：

技术总结本发明涉及落石防护技术领域，具体公开了一种考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法，包括以下步骤：a、建立考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹高精度计算方法；b、确定抛掷式防护网相关参数；c、设定钢柱极限位置/最不利位置；d、计算落石回弹瞬时速度v<subgt;0</subgt;；e、求出落石抛掷过程中的重力修正加速度；f、构建基于斜抛运动考虑防护网阻尼作用的落石抛掷轨迹方程，建立落石抛掷边缘三角区域，校核并判断是否满足抛出条件；g、建立四种分类标准与优化建议。本发明实现了落石抛掷过程中考虑防护网阻尼作用的抛掷轨迹高精度预测及判定，可以有效地提高抛掷式防护网应用的可靠性。技术研发人员：余志祥,杨德帅,张丽君,廖林绪,许浒受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29