Modeling the Performance of Horizontal Anchor Lines during Fall Arrest

• Autorzy: Baszczyński K.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0010.4634

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zachowania poziomych lin kotwiczących podczas powstrzymywania spadania z wysokości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The basic materials used for the construction of anchor lines for personal equipment protection against falls from a height are ropes and textile webbing. During fall arrest, horizontal anchor lines significantly affect the forces acting on the worker and the work site elements, as well as the fall arrest distance. Manufacturers of the equipment are required to estimate those parameters for various conditions of use by numerical simulations with a validated model. The model discussed in this paper reflects the mechanical structure of the line (whether singles-span or multi-span) taking into account Maxwell’s and Kelvin-Voigt’s non-linear rheological models for viscoelastic materials. The model consists of a system of seven non-linear differential equations with the parameters describing static load-elongation characteristics and time-courses of dynamic loading forces for selected ropes and textile webbing. The numerical model developed was used to simulate the performance of horizontal anchor lines of different constructions. The model was validated by comparing the numerical calculations with laboratory test results and was shown to be sufficiently accurate to be used for designing fall protection equipment.

PL

Podstawowymi materiałami stosowanymi do produkcji poziomych lin kotwiczących dla indywidualnego sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości są liny i tkane taśmy włókiennicze. Poziome liny kotwiczące wpływają w istotny sposób na przebieg sił działających na człowieka podczas powstrzymywania jego spadania, drogę na jakiej to zachodzi oraz przebieg sił działających na konstrukcję stanowiska pracy. Z tego względu producent sprzętu ochronnego musi szacować te wielkości dla różnych warunków użytkowania np. stosując symulację numeryczną wykorzystującą zweryfikowany model. Model przedstawiony w artykule opiera się na zależnościach mechanicznych opisujących konstrukcję poziomej liny oraz nieliniowych modelach reologicznych obiektów lepko sprężystych Maxwella i Kelvina-Voigta. Strukturę modelu opisano układem nieliniowych równań różniczkowych z parametrami wynikającymi z charakterystyk statycznych siła obciążająca – wydłużenie oraz czasowych przebiegów siły obciążającej wybrane liny i tkane taśmy włókiennicze. Model został użyty do symulacji zachowania różnych wariantów konstrukcyjnych poziomych lin kotwiczących. Porównanie zasymulowanych numerycznie odpowiedzi modelu z wynikami badań laboratoryjnych wykazało zadowalającą jego dokładność, a co za tym idzie możliwość wykorzystania do projektowania sprzętu ochronnego.

Słowa kluczowe

EN

protective equipment; falls from a height; horizontal anchor lines; webbing; fibre rope; elongation; performance test

PL

sprzęt ochronny; upadek z wysokości; poziome liny kotwiczące; taśma włókiennicza; lina; wydłużenie; test wydajności

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 25, no. 5 (125)
• Strony: 95--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Baszczyński K.

• Central Institute for Labour Protection – National Research Institute, Department of Personal Protective Equipment, Wierzbowa 48, 90-133 Łódź

Bibliografia

• 1. Baszczyński K. Construction, basic requirements and methods of testing horizontal anchor lines which allow emploees to move during work at height (Konstrukcja, podstawowe wymagania i metody badań urządzeń kotwiczących umożliwiających przemieszczanie się pracownika na stanowiskach pracy na wysokości). Occupational Safety. Science and Practice, Warsaw, 2/2016, p. 13-17.
• 2. Sulowski AC. Fall protection systems – selection of equipment. In A.C. Sulowski (Ed.), Fundamentals of fall protection (pp. 303-320). Toronto, Canada: International Society for Fall Protection 1991.
• 3. Baszczyński K, Zrobek Z. Horizontal anchor lines made of steel wire ropes (Stalowe poziome liny zaczepowe). Occupational Safety. Science and Practice, Warsaw, 6/1998, p. 18-21.
• 4. European Committee for Standardization (CEN). (2008). Personal fall protection equipment – Personal fall protection systems (Standard No. EN 363: 2008). Brussels, Belgium.
• 5. European Committee for Standardization (CEN). (2012). Personal fall protection equipment – Anchor devices (Standard No. EN 795: 2012). Brussels, Belgium.
• 6. European Committee for Standardization (CEN). (2012). Personal fall protection equipment – Anchor devices – Recommendations for anchor devices for use by more than one person simultaneously (Technical Specification No. 16415: 2013). Brussels, Belgium.
• 7. Directive 89/686/EEC - personal protective equipment
• 8. Miura N & Sulowski AC. Introduction to horizontal lifelines. In A.C. Sulowski (Ed.) (pp. 217-283) Fundamentals of fall protection. Toronto, Ont, Canada: International Society for Fall Protection, 1991.
• 9. Baszczyński K, Zrobek Z. Dynamic Performance of Horizontal Flexible Anchor Lines During Fall Arrest - A Numerical Method of Simulation. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, Central Institute for Labour Protection 2000l 6, 4: 521-534.
• 10. Baszczyński K, Jachowicz M. Load-Elongation Characteristics of Connecting and Shock-Absorbing Components of Personal Fall Arrest Systems. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2012; 20, 6A(95): 78-85.
• 11. Baszczyński K. Modeling the performance of selected textile elements of personal protective equipment protecting against falls from a height during fall arrest. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2013, 21, 4(100): 130-136.
• 12. Robinson L. Development of a technique to measure the dynamic loading of safety harness and lanyard webbing. HSL/2006/37.
• 13. Bedogni V, Manes A. A constitutive equation for the behavior of a mountaineering rope under stretching during a climber’s fall. Procedia Engineering 2011; 10: 3353-3358.
• 14. Baszczyński K. Effect of Repeated Loading on Textile Rope and Webbing Characteristics in Personal Equipment Protecting Against Falls from a Height. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2015; 23, 4(112): 110-118.
• 15. Leech CM. The modelling of friction in polymer fibre ropes. Pergamon. International Journal of Mechanical Sciences 2002; 44: 621-643.
• 16. Bles G, Nowacki WK, Tourai A. Experimental study of the cyclic visco-elasto-plastic behaviour of a polyamide fibre strap. International Journal of Solids and Structures 2009; 46: 2693-2705.
• 17. Ghoreishi SR, Cartraud P, Davies P, Messager T. Analytical modeling of synthetic fiber ropes subjected to axial loads. Part I: A new continuum model for multilayered fibrous structures. International Journal of Solids and Structures 2007; 44, 9: 2924-2942.
• 18. Analytical modeling of synthetic fiber ropes. Part II: A linear elastic model for 1 + 6 fibrous structures. International Journal of Solids and Structures 2007; 44, 9: 2943-2960.
• 19. Aksan S. The effect of fatigue stretching frequency on the strength parameters of yarn In Polish. Prace Instytutu Włókiennictwa, Łódź 1987: p. 5-35.
• 20. Mainardi F, Spada G. Creep, relaxation and viscosity properties for basic fractional models in rheology. The European Physical Journal, Special Topics 2011; 193: 133-160.
• 21. Świtka R, Husiar B. Dyskretna analiza modeli reologicznych. Journal of Theoretical and Applied Mechanics 1984; 22: 1-2: p. 209-233.
• 22. Mathcad 2001 Professional, Warszawa 2003, ISBN 83-87674-56-7.
• 23. European Committee for Standardization (CEN). Personal protective equipment against falls from a height – Test methods (Standard No. EN 364:1992). Brussels, Belgium.
• 24. http://www.imagesystems.se/image-systems-motion-analysis/products/tema-motion.aspx
• 25. Sulowski AC. Fundamentals of fall protection. Residual risk in fall arresting systems. Toronto: International Society for Fall Protection 1991; 321-344.