人體—標槍系統(tǒng)對標槍飛行初始條件的影響及標槍飛行的計算機模擬.pdf

1、本文主要研究了人體-標槍系統(tǒng)對標槍飛行初始條件的影響，并且在考慮空氣阻力的情況下對標槍的飛行進行了計算機模擬。首先從擲標槍的起源、技術原理和力學原理等方面介紹了擲標槍運動，對有關標槍投擲技術研究方面的文獻進行了綜述?？v觀近幾十年來國內(nèi)外學者對標槍投擲技術的研究和分析，了解到以往的研究主要集中在對擲標槍技術的某一個局部方面的研究，對技術的分析還缺乏系統(tǒng)性，因而有待于進一步的研究。其次，對多剛體系統(tǒng)動力學理論的研究對象、研究范圍、研究方法以

2、及有關空氣動力學理論進行了介紹。再次，以多剛體系統(tǒng)動力學理論為基礎，建立了由五個剛體組成的人體-標槍系統(tǒng)的力學模型，并且利用動力學普遍定理推導了該系統(tǒng)的動力學方程，得出了作用在剛體的力矩與各剛體間相對角度之間的關系，進而間接描述了人體-標槍系統(tǒng)對標槍飛行的初始條件的影響。最后，本文采用文獻[22]中的標槍幾何尺寸數(shù)據(jù)，利用Ansys軟件中的流-固耦合功能對其飛行過程進行了計算機模擬。在建立了標槍有限元模型的基礎上對其周圍的空氣建立了空氣

3、包有限元模型，同時設置了它們的材料屬性和單元屬性，空氣對標槍的作用，并添加了重力場，風對標槍的作用力等載荷以及改變標槍飛行的初始條件(初速度、出手角度、初始攻角以及初始俯仰角速度)。使用LS-DYNA求解器對其進行求解，再使用LSTC/LSPOST處理器進行數(shù)據(jù)處理。 模擬結果表明，(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，初速度與標槍的飛行遠度基本上呈線性關系；(2)在其它初始條件不變的情況下，標槍的出手角度在0°

4、～42°范圍內(nèi)時，隨著出手角度的增加，標槍的飛行遠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。由模擬結果知，標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時標槍飛行的遠度要更遠一些。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，初始攻角的變化對標槍飛行遠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“Bo=42°、A<,0>=-8°、W<,Z0>=-0.09rad/s”時，標槍的飛行遠度最大，達到91.794m。當初始條件偏離這一組合時，飛行遠度有所減?。?5)風對標槍的飛行遠度的影響比較顯著。對于逆風來說，在其它初始條件一定的情況下，隨著逆風風速的增人，標槍的飛行遠度呈現(xiàn)出減小的趨勢。但是，在同樣的逆風風速下，當初始條件中的出手角度不斷增大，標槍的飛行遠度又不斷增加，當出手角度增大到42°時，它的飛行遠度又有所減小