基于能量理论的手绳打结研究

针对手绳人工打结劳动强度大、效率低以及现有机械打结成结率低的问题,研究了打结过程中手绳各阶段最小能量状态,分别将悬挂待打结、绕绳圈(170°~400°)及移动成结过程中的手绳作为研究对象,结合微分理论,建立了手绳数学模型。利用弧长公式和变分法,反证出了手绳在悬链线状态下势能最小;通过平面曲线理论、弯曲和扭转能量理论,分析了用于打结绳段的弯曲能量和扭转能量,得出了绳圈越趋于规则圆弯曲能量越小以及绳自身扭转数越少扭转能量越小、手绳越稳定的结论;通过上述的能量分析,确定了绕轴旋转打结的缠绕方式,进行了打结试验以及鲁棒性试验。研究结果表明:直径在2.8 mm到5.3 mm之间的拎手绳打结成功率达90%。