本发明涉及机械系统动力学，具体而言，尤其涉及一种船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法。
背景技术：
1、滑轮绳索机构在生产生活中应用非常广泛，如起重设备、机器人、传送设备等。滑轮绳索机构依靠它们之间的摩擦可传递动力，通过适当的布局，可灵活地控制绳索走向，达到改变力的方向与省力的目的。滑轮绳索机构还具有阻尼小、质量轻、能耗低等优点，绳索滑轮多体系统常装配于复杂的机械设备上。目前，对滑轮绳索机构的设计并没有形成稳定成熟的规范和方法，工程中对滑轮绳索机构的设计和分析也多依靠经验。依靠经验公式计算的结果与实际运动结果相差甚大，失败的例子也时常发生，例如起重机行业中，有近20％的事故与滑轮绳索机构的失效相关，因此对这类问题的研究具有十分重要的工程意义。
2、现有技术中，对于船用艇吊滑轮绳索系统，通常忽略滑轮、卷筒等结构，仅考虑吊臂端点与艇体之间的绳索，采用线性弹簧模型计算绳索张力，计算精度较低，且没有涉及船用艇吊装置绳索滑轮系统的实际结构，因此忽略了滑轮绳索系统中绳索张力的计算。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，提高现有方法的计算效率，并保证其精度，能够用于辅助工程设计和分析。
2、本发明采用的技术手段如下：
3、一种船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，包括如下步骤：
4、s1、定义滑轮绳索多体系统中的节点，基于节点将滑轮绳索多体系统划分为若干个系统子单元；
5、s2、初始化系统子单元中的参数，所述参数包括节点位置、节点的速度、绳索长度和绳索经过每个节点的长度；
6、s3、基于初始化后的系统子单元中的参数，计算第i个子单元中绳索的张力；
7、s4、基于第i个系统子单元中绳索的张力，计算第i个系统子单元中绳索对两节点的力；
8、s5、基于第i个系统子单元中绳索对两节点的力，计算第i个系统子单元中各节点的运动，得到第i节点的运动模型；基于第i节点的运动模型得到系统子单元中各个节点的加速度；
9、s6、根据线性弹簧阻尼模型计算节点中动滑轮对救生艇的力和力矩；基于力和力矩计算救生艇的加速度；
10、s7、根据各个节点的加速度和救生艇的加速度计算并更新各节点的位置和速度、绳索经过每个节点的长度以及动滑轮下方救生艇的速度和位置，绳索经过节点i的长度与节点转动的关系为转到s3计算下一时间系统的运动，完成滑轮绳索多体系统中绳索张力的计算。
11、进一步地，所述滑轮绳索多体系统包括绳索、卷筒、定滑轮、动滑轮和艇架固定点，所述绳索穿过卷筒、定滑轮、动滑轮和艇架固定点，所述动滑轮下方连接有救生艇。
12、进一步地，所述滑轮绳索多体系统中的每个卷筒、定滑轮、动滑轮和艇架固定点都被定义为一个节点，将两个相邻节点和相邻节点之间的绳索定义为一个系统子单元，第i个系统子单元的两端为第i和第i+1个节点。
13、进一步地，s3具体包括如下步骤：
14、s31、根据节点位置的变化计算i和i+1两节点的距离，得到绳索现有长度的变化量，公式如下：
15、
16、式中，pi为节点i的位置，pi+1为节点i+1的位置，为pi和pi+1之间的位置矢量，di为节点的位移，为改变位置后两节点的矢量；
17、s32、计算i和i+1两节点的速度差：
18、vi,i+1＝vi+1-vi
19、式中，vi为节点i的速度矢量，vi+1为节点i+1的速度矢量；
20、s33、基于两节点的距离和两节点的速度差，得到第i个系统子单元绳索的张力：
21、fi(i)＝k(i)(si+1-si+δl(i))-c(i)vi,i+1
22、式中，k(i)为绳索弹性系数，si为绳索经过节点i的长度，c(i)为阻尼系数。
23、进一步地，s4具体包括如下步骤：
24、s41、计算绳索对两节点的力的值，公式如下：
25、
26、s42、计算绳索对两节点的力的矢量，公式如下：
27、
28、式中，xi、yi和zi为节点在坐标系的坐标值，n1，n2和n3为三个坐标轴的单位矢量。
29、进一步地，s5中，所述运动模型包括转动模型和平移模型；
30、所述运动模型公式如下：
31、
32、式中，ji为转动惯量，ωi为转动角速度，ri为节点半径，为主动力矩，为节点结构的摩擦矩；
33、所述平移模型公式如下：
34、
35、式中，mi为节点质量，gi为节点重力矢量，fie为节点所受的外力矢量。
36、进一步地，当系统子单元中的节点为动滑轮时：
37、外力fie为滑轮与救生艇间绳索的张力；转动模型中
38、当系统子单元中的节点为定滑轮时：
39、平移模型中fie＝-(fi(i)+fi(i-1)+gi)；
40、当系统子单元中的节点为卷筒时：
41、转动模型中没有绳子一侧张力为0，即fi(i)或fi(i-1)为0；平移模型中fie＝-(fi(i)+fi(i-1)+gi)；
42、当系统子单元中的节点为艇架固定点时：
43、转动模型中平移模型中fie,g＝0，fi(i)＝-fi(i-1)。
44、进一步地，s6具体包括如下步骤：
45、若干动滑轮下方连接于同一救生艇，救生艇上的吊点为根据动滑轮对此物体的力和力矩计算救生艇的运动，根据线性弹簧阻尼模型计算滑轮对救生艇的力，公式如下：
46、fj＝kj(δlj)nj-cjvj
47、式中，kj为弹性系数，δlj为滑轮与吊点距离的变化量，nj为吊点与动滑轮方向的单位向量，c(i)为阻尼系数，vj为动滑轮与吊点速度差；
48、滑轮对救生艇的力的力矩为：
49、
50、式中，o为救生艇的重心。
51、较现有技术相比，本发明具有以下优点：
52、本发明公开一种船用艇吊船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，本方法可计算艇吊滑轮绳索系统耦合作用，并考虑绳索长度实时变化和滑轮的运动。以绳索经过滑轮的长度和滑轮的位移为状态变量，采用线性弹簧模型计算各段绳索张力，并将绳索的张力施加给滑轮，改变滑轮的运动，以此考虑绳索滑轮之间的耦合。可实时计算滑轮绳索多体系统绳索张力性，本方法在保证精度前提下具有较高计算效率，可用于辅助工程设计和分析。
1.一种船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，所述滑轮绳索多体系统包括绳索、卷筒、定滑轮、动滑轮和艇架固定点，所述绳索穿过卷筒、定滑轮、动滑轮和艇架固定点，所述动滑轮下方连接有救生艇。
3.根据权利要求1所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，所述滑轮绳索多体系统中的每个卷筒、定滑轮、动滑轮和艇架固定点都被定义为一个节点，将两个相邻节点和相邻节点之间的绳索定义为一个系统子单元，第i个系统子单元的两端为第i和第i+1个节点。
4.根据权利要求1所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，s3具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，s4具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，s5中，所述运动模型包括转动模型和平移模型；
7.根据权利要求6所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，当系统子单元中的节点为动滑轮时：
8.根据权利要求6所述的船用艇吊滑轮绳索多体系统绳索张力计算方法，其特征在于，s6具体包括如下步骤：
