• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      材料力學(xué)之鄭玄線彈性弓的討論

      2021-08-23 07:14:58馬馳騁邵明玉
      科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年23期
      關(guān)鍵詞:弓弦弓箭碳纖維

      馬馳騁 張 樂(lè) 邵明玉

      (山東理工大學(xué) 交通與車(chē)輛工程學(xué)院,山東 淄博 255049)

      弓箭是人類(lèi)使用的歷史最悠久的拋射兵器,也是我國(guó)傳統(tǒng)的體育項(xiàng)目之一。關(guān)于古代弓箭的起源,我國(guó)的考古工作者在山西省朔州市的峙峪村舊石器時(shí)代后期的文化遺址里出土了石鏃,在西班牙和法國(guó)許多洞穴中的壁畫(huà)上,也有弓與箭的身影。在材料力學(xué)授課過(guò)程中,講到彎曲變形的知識(shí)時(shí),也常用弓的變形說(shuō)明。雖然關(guān)于弓箭的記錄較多,但是關(guān)于其制作以及測(cè)試的文字記錄較少,而通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法進(jìn)行定量分析的研究更為稀少,本文則基于Ansys 對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

      1 弓體變形的數(shù)值分析

      查閱相關(guān)資料,大致確定弓的受力情況為10 千克到70 千克,即100N 到700N。確定兩種弓箭的基本尺寸,在ANSYS Workbench 模塊中建立兩種弓箭的幾何模型,弓體中間位置使用約束模擬手部把持,在弓弦中間位置施加7 組力,分別為100N、200N、300N、400N、500N、600N、700N。

      1.1 木質(zhì)弓體

      結(jié)合1 中對(duì)于弓箭材料的分析,在Ansys 中我們用材料庫(kù)自帶材料木材作為弓體,使用橡膠作為弓弦。不同作用力時(shí)弓弦中間的位移變化如圖1 所示,正曲弓與反曲弓的變形都與力呈近線性變化,相比較而言,正曲弓的線性規(guī)律更加明顯。反曲弓由于弓體形狀更為復(fù)雜,與單曲弓相比線性規(guī)律更差。這里我們可以推測(cè)一下,周禮考工記中記載的弓箭制作是關(guān)于正曲弓的可能性更大。從圖中我們可以看出,在材料硬度較差時(shí),正曲弓變形總是比反曲弓大,且差距隨載荷增大愈加明顯,最高可達(dá)3.1 倍。通過(guò)對(duì)能量變化情況折線圖的分析,兩者均呈近二次函數(shù)變化,考慮到兩者變形近似線性增大,故仿真結(jié)果較為可靠。

      圖1 木制弓體變形及能量變化情況

      1.2 鋁合金弓體

      現(xiàn)代弓的材料主要以碳纖維和鋁合金為主,故本部分及下一部分分別采用鋁合金,碳纖維做弓體進(jìn)行分析。具體操作方法如2.1,此處不再贅述,只給出結(jié)果及分析。我們將弓體材料定義為“7075 鋁”材料,弓弦仍為“Plastic ABS”材料。圖2 給出了選用“7075 鋁”作為弓體,選“Plastic Abs”作弓弦時(shí),兩種弓的變形。從圖中可以看出,隨著施加模擬外力的增加變形都近線性增大。

      圖2 金屬弓體變形及能量情況

      相比較而言,正曲弓的線性規(guī)律更加明顯,而反曲弓由于弓體變形更為復(fù)雜,與單曲弓相比線性規(guī)律更差。圖2 給出了兩種弓在不同載荷條件下,蘊(yùn)含能量的關(guān)系圖,我們可以看出,從量的大小上看,二者差距不大,從變化趨勢(shì)上看兩者都呈現(xiàn)近二次函數(shù)變化,與圖1 變化趨勢(shì)相近。在500N~600N 之前反曲弓的能量較大,而在這個(gè)范圍之后,正曲弓的能力較大,且差距增距加明顯加快。

      1.3 碳纖維弓體

      圖3 我們將弓體材料設(shè)為碳纖維(Carben Fiber 395Gpa),弓弦材料仍定義為“Plastic Abs”時(shí),兩種弓的變形關(guān)系得到數(shù)據(jù)如下。從圖中可以看出,隨著施加拉力的不斷增大,兩種弓都隨者近線性增大。且反曲弓由于彎曲形狀更為復(fù)雜,線性較差與正曲弓相比,與圖2 所得到的數(shù)據(jù)類(lèi)似,較為可靠。從圖3 可以看出,兩種弓能量均隨載荷增加而增加呈近二次函數(shù)變化,且在500N~600N 之前反曲弓能量較大,在500N~600N 之后正曲弓能量較大。

      圖3 碳纖維弓體能量及變形情況

      2 結(jié)果與結(jié)論

      通過(guò)以上對(duì)正曲弓能量與變形及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,當(dāng)使用木材作為材料時(shí),可知正曲弓在能量方面較反曲弓性能更優(yōu),同時(shí)可以得知正曲弓變形較大,給持弓者提出了較高的要求及更長(zhǎng)的拉距,從兩種弓發(fā)源角度分析,正曲弓在歐洲較為流行而反曲弓則在東亞較多,符合不同人種體型情況。當(dāng)使用碳纖維和鋁合金為弓體材料時(shí),反曲弓的變形更大,二者能量值較為接近,單位變形所蘊(yùn)含的能量仍是正.曲弓較大,但二者差值明顯縮小。同時(shí)我們可以看出,當(dāng)使用鋁合金及碳纖維等硬度較大的材料時(shí),反曲弓的變形較大,但是二者的能量差距不大,單位變形所蘊(yùn)含的能量與使用木材及“Plastic Abs”相似均為正曲弓較大。

      通過(guò)在課堂上講解本文的相關(guān)工作,介紹了中國(guó)古代科學(xué)的一些領(lǐng)先技術(shù)并結(jié)合現(xiàn)代數(shù)值分析方法幫助同學(xué)了解先進(jìn)的有限元分析軟件,進(jìn)一步提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣及解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力,可以加深同學(xué)們對(duì)材料力學(xué)課程的基本知識(shí)和工程應(yīng)用的認(rèn)識(shí)都有一定的促進(jìn)作用。

      特別致謝:

      在查閱中國(guó)唐代反曲弓的資料時(shí),知乎答主@夕顏.源氏物語(yǔ)的《淺談唐代的弓箭形制與弓弩手在軍中的組成編制(以出土文物、文書(shū)資料為中心)》一文給予了我巨大的幫助,對(duì)論文提供大量的資料在此特別感謝。

      猜你喜歡
      弓弦弓箭碳纖維
      元上都草原
      驚弓之鳥(niǎo)
      弓箭風(fēng)波
      箭手
      弓弦和鳴才能奏響華美樂(lè)章
      公民與法治(2020年2期)2020-05-30 12:28:38
      一種碳纖維加固用浸漬膠的研究
      上海建材(2019年4期)2019-05-21 03:13:02
      HP-RTM碳纖維復(fù)合材料中通道加強(qiáng)板研究
      中間相瀝青基碳纖維及其在飛機(jī)上的應(yīng)用
      弓箭告急!請(qǐng)求支援
      第六屆華樂(lè)論壇暨“新繹杯”杰出民樂(lè)演奏家(弓弦、吹管)展演音樂(lè)會(huì)在京舉行
      满洲里市| 明光市| 长垣县| 元氏县| 陆河县| 余姚市| 金阳县| 固始县| 秦皇岛市| 锡林郭勒盟| 池州市| 泰宁县| 上杭县| 富阳市| 新昌县| 泗阳县| 商都县| 秦皇岛市| 乌苏市| 施甸县| 灵武市| 碌曲县| 广南县| 紫金县| 伊宁市| 云南省| 中江县| 嘉禾县| 凭祥市| 萨迦县| 景德镇市| 和顺县| 汉阴县| 红安县| 大冶市| 会昌县| 玛曲县| 黔南| 佛冈县| 大渡口区| 泰来县|