充气压力对运动球影响的动态研究

充气压力对运动球影响的动态研究

在运动技术和工程的动态领域,工程师特别关注设备中存储和损失的能量。充气(和实心)球通常受恢复系数控制,该系数描述了球和刚性板之间的相互作用

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在运动技术和工程的动态领域,工程师特别关注设备中存储和损失的能量。充气(和实心)球通常受恢复系数控制,该系数描述了球和刚性板之间的相互作用。适当的动态特性是通过仔细选择材料、结构和充气压力来实现的。球出厂后,材料和结构保持相对一致,但内部压力由运动员自行决定,运动员只收到建议。进行了一项研究,以观察不同变形水平下的过压和欠压与能量损失之间的关系。

装有轻质压缩板的电动机器用于压缩整个球。在研究过程中,测试了许多不同类型的球(足球、排球、五人制足球、无挡板篮球、排球、艺术体操),此处介绍了篮球的结果。每个球都以恒定频率循环压缩,初始位移平均水平周围有 5 毫米振幅,随后我们以 5 毫米增量增加。该运动是通过动态测试软件中的数字编码器控制来规定的。每个球都在三种压力下进行测试:

“标称”压力位于球上指定范围的中间
负压比标称值低 25%
过压球比标称值高 25%
力-位移曲线取自最后一个循环(第 20 个)的每个初始位移。数值积分加载和卸载曲线之间的差异给出了每个压缩循环中的能量损失。所呈现的图表显示了在各个循环中损失的能量与引入系统的能量的比率。条形越大表示相对能量损失越高。

正确充气的球(以绿色条表示)在测试的三种加压中损失的能量最少。充气不足的球的较高能量损失可能归因于面板的弯曲和球形面内变形(环向应变)之间的相互作用。在高压下,球基本上是预加载的,并且面板承受更大范围的应变,可能会离开弹性区域。对于超弹性材料,在较高应变下损失更多能量也就不足为奇了。全球动态压缩测试可以深入了解运动球内部压力的作用。像这样的快速研究有助于量化全球球行为并提出进一步研究的新领域。

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