Modelling the Performance of Selected Textile Elements of Personal Protective Equipment Protecting Against Falls from a Height During Fall Arrest

Ropes and woven webbing used in personal equipment protecting against falls from a height determine the course of forces acting on the human body during fall arrest, as well as the fall arrest distance. This paper presents a model of a system made up of a textile connecting and shock-absorbing component and the mass constituting its load. The model is based on non-linear rheological models of visco-elasto-plastic objects developed by Maxwell and Kelvin-Voigt. The definite structure of the model is described with a nonlinear differential equation, enabling numerical analysis of its performance. Identification of the model parameters was carried out utilising a software package allowing to analyse the static load-elongation characteristics and the time courses of a dynamic force acting during fall arrest. The paper presents the results of identification of selected connecting and shock-absorbing components used in equipment protecting against falls from a height. The models identified were subjected to verification involving comparison of their numerically simulated response with the results of laboratory tests. The comparison demonstrated the correctness of the model structure and identification of its parameters. The paper also presents an example of application of the model for simulation of the performance of a connecting and shock-absorbing component during fall arrest.

Liny i taśmy tkane należą do podstawowych materiałów włókienniczych stosowanych w indywidualnym sprzęcie chroniącym przed upadkiem z wysokości. Elementy sprzętu wykonane z tych materiałów decydują o przebiegu sił działających na człowieka podczas powstrzymywania jego spadania oraz o drodze na jakiej to zachodzi. W związku z tym szczególnego znaczenia nabiera modelowanie działania sprzętu ochronnego. W artykule przedstawiono model układu tworzonego przez włókienniczy podzespół łączącoamortyzujący oraz obciążającą go masę. Opiera się on na nieliniowych modelach reologicznych obiektów lepko sprężystych Maxwella i Kelvina-Voigta. Strukturę modelu opisano nieliniowym równaniem różniczkowym trzeciego rzędu. Wykorzystując wyznaczone doświadczalnie charakterystyki statyczne siła obciążająca - wydłużenie oraz czasowe przebiegi siły dynamicznej działającej podczas powstrzymywania spadania z wysokości przeprowadzono identyfikację parametrów modelu. Zaprezentowano wyniki identyfikacji wybranych podzespołów łącząco - amortyzujących wykonanych z lin i taśm włókienniczych. Zidentyfikowane modele poddano sprawdzeniu polegającemu na porównaniu ich zasymulowanej numerycznie odpowiedzi z wynikami badań laboratoryjnych, którymi były przebiegi czasowe siły powstrzymującej spadanie oraz wydłużenia. Przeprowadzone porównanie wykazało poprawność struktury modelu oraz identyfikacji jego parametrów. W artykule przedstawiono również przykład wykorzystania opracowanego modelu do symulacji działania podzespołu łącząco-amortyzującego podczas powstrzymywania spadania.