人體—標(biāo)槍系統(tǒng)對(duì)標(biāo)槍飛行初始條件的影響及標(biāo)槍飛行的計(jì)算機(jī)模擬.pdf

1、本文主要研究了人體-標(biāo)槍系統(tǒng)對(duì)標(biāo)槍飛行初始條件的影響，并且在考慮空氣阻力的情況下對(duì)標(biāo)槍的飛行進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。首先從擲標(biāo)槍的起源、技術(shù)原理和力學(xué)原理等方面介紹了擲標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)，對(duì)有關(guān)標(biāo)槍投擲技術(shù)研究方面的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述?？v觀近幾十年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)標(biāo)槍投擲技術(shù)的研究和分析，了解到以往的研究主要集中在對(duì)擲標(biāo)槍技術(shù)的某一個(gè)局部方面的研究，對(duì)技術(shù)的分析還缺乏系統(tǒng)性，因而有待于進(jìn)一步的研究。其次，對(duì)多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論的研究對(duì)象、研究范圍、研究方法以

2、及有關(guān)空氣動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行了介紹。再次，以多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立了由五個(gè)剛體組成的人體-標(biāo)槍系統(tǒng)的力學(xué)模型，并且利用動(dòng)力學(xué)普遍定理推導(dǎo)了該系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，得出了作用在剛體的力矩與各剛體間相對(duì)角度之間的關(guān)系，進(jìn)而間接描述了人體-標(biāo)槍系統(tǒng)對(duì)標(biāo)槍飛行的初始條件的影響。最后，本文采用文獻(xiàn)[22]中的標(biāo)槍幾何尺寸數(shù)據(jù)，利用Ansys軟件中的流-固耦合功能對(duì)其飛行過程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。在建立了標(biāo)槍有限元模型的基礎(chǔ)上對(duì)其周圍的空氣建立了空氣

3、包有限元模型，同時(shí)設(shè)置了它們的材料屬性和單元屬性，空氣對(duì)標(biāo)槍的作用，并添加了重力場，風(fēng)對(duì)標(biāo)槍的作用力等載荷以及改變標(biāo)槍飛行的初始條件(初速度、出手角度、初始攻角以及初始俯仰角速度)。使用LS-DYNA求解器對(duì)其進(jìn)行求解，再使用LSTC/LSPOST處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 模擬結(jié)果表明，(1)在本文的研究范圍內(nèi)且在其它初始條件不變的情況下，初速度與標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度基本上呈線性關(guān)系；(2)在其它初始條件不變的情況下，標(biāo)槍的出手角度在0°

4、～42°范圍內(nèi)時(shí)，隨著出手角度的增加，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度基本上是不斷增加的，但是超過42°以后，其增加的幅度有減小的趨勢。由模擬結(jié)果知，標(biāo)槍的最佳出手角度大約在42°左右；(3)在其它初始條件一定的情況下，初始俯仰角速度小于0時(shí)標(biāo)槍飛行的遠(yuǎn)度要更遠(yuǎn)一些。最佳初始俯仰角速度大約在-0.26rad/s～-0.17rad/s范圍內(nèi)；(4)在其它初始條件一定的情況下，初始攻角的變化對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響并不十分顯著。并且，在初始攻角與初始俯仰角速度的

5、不同組合中，當(dāng)“Bo=42°、A<,0>=-8°、W<,Z0>=-0.09rad/s”時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度最大，達(dá)到91.794m。當(dāng)初始條件偏離這一組合時(shí)，飛行遠(yuǎn)度有所減??；(5)風(fēng)對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響比較顯著。對(duì)于逆風(fēng)來說，在其它初始條件一定的情況下，隨著逆風(fēng)風(fēng)速的增人，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度呈現(xiàn)出減小的趨勢。但是，在同樣的逆風(fēng)風(fēng)速下，當(dāng)初始條件中的出手角度不斷增大，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度又不斷增加，當(dāng)出手角度增大到42°時(shí)，它的飛行遠(yuǎn)度又有所減小