探討魚竿大變形撓度計算有關問題

徐新東

（山東環球漁具股份有限公司，山東 濰坊 262200）

就目前而言，對于高端魚竿的研究任重而道遠，主要需要從魚竿的設計理論方面入手進行研究。具體的研究過程中需要借助線性大撓度理論進行分析，根據線性大撓度理論可以進行復合材料層合結構釣魚竿曲線方程的推導，同時所推導出的曲線方程也能夠通過實驗來進行理論合理性的判定，這就在一定程度上驗證了經由線性大撓度理論所推導出的曲線方程。對魚竿大變形撓度方面的相關計算很大程度上能夠幫助魚竿結構的設計，在進行魚竿設計的過程中，可以根據曲線計算方程為理論依據，同時借助相應的釣魚竿設計軟件來生成原料下料圖。釣魚竿調性曲線設計軟件能夠以魚竿的基準調性曲線為設計目標函數，同時通過對魚竿截面尺寸設計、材料設計等來滿足指標要求的曲線誤差。此外，經過其他方面的一系列計算可以幫助指導釣魚竿的結構設計，計算理論方面的相關內容以及合理的設計方法都是保證釣魚竿設計質量的重要決定因素。總的來說，當前垂釣作為人們娛樂休閑的重要內容，是人們物質消費需求的項目之一，因而需要對垂釣項目所必需的釣魚竿進行深入的研究，設計高端的釣魚竿來提高使用者的滿意度，在滿足人們娛樂休閑的基礎上促進我國垂釣業的快速發展。

1 魚竿大變形撓度計算方法研究分析

1.1 大變形撓度簡要介紹

對于高端魚竿的設計來說，大變形撓度的計算方法可以為魚竿的設計提供堅實的理論基礎，同時也可以根據相應的設計軟件來實現高端魚竿的設計過程。所謂的大撓度的計算理論即是指結構穩定分析的兩種理論之一，大撓度理論分析之后所得到的屈曲后的載荷雖然在一定程度上略高于屈曲荷載，但是當P 大于PE 的千分之一時，其撓度將能夠達到構件長度的百分之三，由此以來便使得相應構件的中央截面處產生了較大的彎曲應力。尤其是對于細長的構件如釣魚竿，在這種情況下便進入到了彈塑性的狀態。以上便是大撓度計算理論的基本內容，由此可見，釣魚竿的設計過程中使用大撓度計算理論能夠提高設計的質量，同時應用了大撓度理論也能夠最大限度的提高所設計釣魚竿的結構性能。魚竿變形可以歸結為變形體理論之中，變形體理論中的應力是衡量變形的關鍵指標之一，其中線應變的定義即為長度的改變量除以原結構的參考長度。在此過程中如果所出現的變形過大時，就需要將變性之后的形狀作為計算的依據，魚竿的變形為大變形，其大變形中所引起的非線性問題也被稱作是幾何非線性，大變形中要考慮到小變形中所忽略到的量，這些量都會影響到撓度的計算過程。

1.2 魚竿大變形撓度計算中有關問題的介紹分析

大撓度理論中指出，曲率的計算有著特定的公式作為指導，具體的大撓度理論計算公式如下：其中對于特定的軸心受壓桿件，該受壓桿件必須是兩端鉸接。在這樣條件之下的軸心受壓桿件作用于端部的荷載P 小于歐拉荷載PE 時，就會使得構件處于穩定平衡的狀態。當P 大于PE 時，這時就可以根據大撓度理論進行解釋，即能夠根據大撓度理論說明構件發生屈曲后仍然處于穩定的平衡狀態，同時在此過程中也能夠給出相應的荷載以及撓度之間的關系式，該關系式中存在一一對應的確定數值。大撓度理論的分析過程中對于屈曲后載荷的研究可以看出，當P 大于PE 的千分之一時，其撓度在這時便達到了構件長度的百分之三，由此便能夠在構件的中央截面處產生極大的彎曲應力，釣魚竿便進入到了彈塑性的狀態，同時也說明了軸心的受壓構件在屈曲之后的強度也不能再次被利用。而釣魚竿力學性能方面的定量計算理論對于計算釣魚竿理論結構有著很大的幫助，在此過程中利用大變形撓度理論來設計釣魚竿能夠促進釣魚竿產業可持續發展。釣魚竿的調性曲線則有效的反映出了釣魚竿的各項性能特點以及力學性能指標。大撓度理論計算過程中對于釣魚竿彎曲時的最大水平位移研究得出了具體數值20.8cm，同時在此過程中使用小撓度計算彎曲撓度忽略了水平位移產生誤差的重要原因。本文中對于釣魚竿的大撓度理論研究所使用的魚竿材料為碳纖維增強樹脂基復合材料層結構，即釣魚竿在該種材料結構下的線性大撓度的推導計算。在此過程中主要是推導釣魚竿的調性曲線方程，并根據相應的實驗來對計算的合理性進行了驗證分析。釣魚竿調性曲線方程的推導需要借助等厚度的單種材料獨節釣魚竿來進行驗證，同時相應的試驗結果也表明釣魚竿的各個位置理論值與實測值的絕對誤差在2cm 之內，其絕對誤差的計算在百分之五以內。第一步的驗證計算完成之后，接下來所要做的便是在雙節釣魚竿嵌套假設的基礎之上來對復合材料雙節釣魚竿竿樣的理論調性曲線以及實驗過程中所研究出的調性曲線進行對比性研究，由此也驗證了嵌套假設的合理性。當前在釣魚竿結構的設計過程中會根據其模具進行制備，而模具的不同則會出現多個錐度，錐度的不同就會導致碳纖維預浸布卷繞后出現非整層的情況。在此過程中如果采取等效法可以將等效法的非整層等代替換為等效的整數層，非整層則按照實際的長度也可以換算為整層的厚度百分比，由此便可以通過改變錐度模具來實現等厚度復合材料釣魚竿的制備，所制備的釣魚竿也能夠在一定程度上驗證等效法的合理性。最后一步所要進行的計算便是相應的釣魚竿理論計算以及實驗分析，在此過程中主要是研究了釣魚竿嵌套、變截面等方面的處理方法以及計算結果的綜合影響，同時也能夠通過變厚度雙節釣魚竿樣竿來進一步的實現對于雙節釣魚竿的處理。由此可見，對于釣魚竿大變形撓度曲線方程的研究與實際所測得的值相比，其最大的誤差為0.83cm，符合釣魚竿的使用標準。

通過對釣魚竿調性曲線計算理論以及相應影響因素的處理方法研究可以看出，曲線計算理論能夠很大程度上反映出釣魚竿的實際調性曲線的基本特征。在此過程中實際調性曲線也能夠當作是釣魚竿設計的理論依據。在釣魚竿的實際制作生產過程中，釣魚竿調性曲線僅僅是作為理論依據，生產的過程中還需要借助曲線方程來制定相應的設計流程，即釣魚竿調性曲線的設計流程，并據此來編制包含釣魚竿調性曲線設計功能的綜合設計軟件，該設計軟件將釣魚竿的基準調性曲線作為設計的目標函數，在此過程中也對釣魚竿的截面尺寸、材料等進行了設計，同時也要保證設計誤差符合指標要求。釣魚竿調性曲線設計軟件設計并成型的兩種釣魚竿分別為獨節型以及雙節型，通過對于實際設計中的釣魚竿實測調性曲線與基準調性曲線的對比可以得出所設計的獨節釣魚竿的實測調性曲線與基準的調性曲線最大的誤差為1.5cm，而雙節釣魚竿的實測曲線與基準調性曲線的誤差則為0.5cm，根據分析可知均滿足相應的誤差指標要求。此外獨節竿的前尖極限載荷為2.94N，而雙節竿則為5.71N，根據分析可知均符合標準要求。由以上的計算以及分析結果都可以說明，通過魚竿大變形撓度計算可以為魚竿的結構設計提供理論基礎，同時也能夠指導魚竿的設計過程。

2 結語

本文中主要針對釣魚竿大變形撓度方面的計算進行了研究分析，其中重點介紹了魚竿大變形撓度的計算過程以及所使用到的相關軟件。根據計算結果以及實驗分析可知，對魚竿大變形撓度計算的相關研究可以很大程度上指導魚竿的設計過程，也能為魚竿的高質量設計提供理論基礎，由此能夠促進我國釣魚竿設計質量的提升。