本文關(guān)鍵詞：人體—蹦床運動系統(tǒng)的力學(xué)模擬與分析　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：蹦床運動是一種技巧類體育項目,最初起源于中世紀雜技演員的表演節(jié)目,2000年悉尼奧運會首次被接納為奧運比賽項目。我國于1998年才正式開展蹦床運動項目,經(jīng)過十多年的發(fā)展蹦床運動項目在我國已經(jīng)取得了優(yōu)異成績,成為我國奧運會優(yōu)勢項目之一。但要進一步穩(wěn)定提高蹦床運動技術(shù)和成績,則亟待科學(xué)化的訓(xùn)練和技術(shù)優(yōu)化。這就需要建立三維人體-蹦床運動系統(tǒng)的力學(xué)分析模型與仿真系統(tǒng),以三維方式逼真模擬、設(shè)計、分析蹦床運動技術(shù)動作,并將模擬結(jié)果與運動員訓(xùn)練視頻同步對比,為定量認識人體-蹦床運動系統(tǒng)的運動機理、提高運動員成績方法提高指導(dǎo)。同時,可詳細了解運動員在蹦床運動過程中身體各部分關(guān)節(jié)、肌肉的受力情況,為預(yù)防運動員在訓(xùn)練和比賽中受傷奠定理論基礎(chǔ)。因此,本文研究的主要目標是建立人體-蹦床運動系統(tǒng)的力學(xué)分析模型,以分析人體在蹦床上跳躍過程中尤其是與蹦床網(wǎng)面接觸瞬間的運動特征與受力狀態(tài),進而探明人體-蹦床運動系統(tǒng)的運動學(xué)與動力學(xué)特性。為此,首先對蹦床器械的力學(xué)特性進行測試與模擬,然后對人體-蹦床運動系統(tǒng)模擬中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)—足底與網(wǎng)面接觸瞬間的動態(tài)應(yīng)力分布進行實驗研究,再利用視頻解析軟件分析了優(yōu)秀蹦床運動員在比賽中的運動軌跡,進而利用生物動力學(xué)軟件LifeMOD軟件建立三維人體-蹦床運動系統(tǒng)的力學(xué)模型,進行優(yōu)秀蹦床運動員比賽過程的運動學(xué)與動力學(xué)仿真分析。完成的工作與主要成果包括：1.基于蹦床器械力學(xué)性能測試結(jié)果建立了可模擬蹦床網(wǎng)面中心區(qū)域力學(xué)特征的蹦床器械A(chǔ)DAMS動力學(xué)模型。與其它運動項目不同的是,蹦床器械的各項力學(xué)性能指標是不確定的。無論是美國國家標準(ASTM F381-14)還是英國國家標準(BS EN 13219:2008)都只對蹦床的框架尺寸、網(wǎng)面尺寸、彈簧尺寸個數(shù)等有詳細規(guī)定,但是對網(wǎng)面中心區(qū)域的力學(xué)特性參數(shù)并無規(guī)定。本文對蹦床網(wǎng)面中心區(qū)域和彈簧的力學(xué)性能進行了靜力測試,獲得蹦床網(wǎng)面中心區(qū)域的荷載-位移變化規(guī)律,然后通過軟件ADAMS建立了蹦床器械的動力學(xué)模型。研究結(jié)果表明,所建立的模型能夠較為準確的模擬網(wǎng)面中心區(qū)域的荷載-位移變化規(guī)律,為建立人體,蹦床運動系統(tǒng)的動力學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。2.實測分析了兩名蹦床運動員在跳躍過程中足底和蹦床網(wǎng)面接觸時的動態(tài)應(yīng)力分布規(guī)律。以江蘇省蹦床隊的兩名運動員為研究對象,利用穿戴式足底壓力鞋墊,測量了運動員在蹦床網(wǎng)面跳躍過程中足底與網(wǎng)面接觸瞬間的動應(yīng)力分布與變化規(guī)律。實驗研究結(jié)果表明,當運動員跳躍高度分別為15cm、28cm時,足底應(yīng)力分別是其重力的4.45和4.96倍。同時發(fā)現(xiàn),足跟處所受壓強值占整個足底壓強的50%。因此在蹦床比賽和訓(xùn)練中,應(yīng)關(guān)注腳跟的受力以避免骨折和扭傷。3.用三維視頻分析法采集和分析獲得運動員在蹦床比賽中的運動軌跡。通過用影像解析軟件ARIEL對“廣元建設(shè)杯”2013年全國蹦床冠軍賽中運動員跳躍軌跡進行解析分析,識別出參賽運動員比賽過程中的主要運動特征量,包括騰空高度的最高值以及達到最高值的時間等。對獲得冠軍的運動員董棟的運動軌跡進行了詳細的分析,為后續(xù)的人體-蹦床運動系統(tǒng)的建模和仿真分析奠定了基礎(chǔ)。4.建立了三維人體-蹦床運動系統(tǒng)的動力學(xué)模型,利用模型進行了冠軍董棟在比賽過程的運動學(xué)與動力學(xué)仿真分析,獲得該運動員在蹦床上跳躍過程中各部分關(guān)節(jié)、肌肉等人體組織的受力狀態(tài)。通過生物動力學(xué)軟件LifeMOD建立了董棟的三維人體模型,導(dǎo)入蹦床器械模型和之前實測解析獲得的董棟運動軌跡。再經(jīng)過反向動力學(xué)分析與正向動力學(xué)分析之后運行人體-蹦床運動系統(tǒng)動力學(xué)模型,分析得到了董棟在運動過程中的動力學(xué)和運動學(xué)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明,在蹦床比賽過程中董棟下肢關(guān)節(jié)中的膝關(guān)節(jié)受力最大、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的受扭矩較大。在下肢肌肉中,股四頭肌群、股二頭肌、比目魚肌比較活躍。本文建立的三維人體-蹦床運動系統(tǒng)的動力學(xué)模型和運動學(xué)與動力學(xué)仿真分析方法,可在采集相關(guān)運動員在比賽與訓(xùn)練過程的運動軌跡的基礎(chǔ)上,進行其人體-蹦床運動系統(tǒng)的運動學(xué)與動力學(xué)仿真分析,為相關(guān)運動員的科學(xué)化訓(xùn)練和優(yōu)化技術(shù)動作、提高比賽成績奠定了理論分析基礎(chǔ)。
[Abstract]:Trampoline is a skill sport, originated in medieval acrobatic performances, the 2000 Sydney Olympic Games for the first time was accepted into the Olympic Games. In 1998 China was officially launched in trampoline, after more than 10 years of development project of trampoline in China has achieved excellent results, become one of the advantages of the project China's Olympic Games. But to further improve stability of trampoline technique and achievement, is in urgent need to scientific training and optimization technology. The mechanical analysis model and simulation system, which requires the establishment of three-dimensional human trampoline system, 3D realistic simulation, design, analysis of trampoline technical movements, and the results of the simulation with the athletes the training video synchronization for comparison, quantitative understanding of motion mechanism of human - Trampoline system, improve the guidance of improving athletes' performance. At the same time, a detailed understanding. In the process of mobilization of trampoline in various parts of the body joints, muscle force, lay the theoretical foundation for the prevention of injury of athletes in training and competition. Therefore, the main objective of this paper is to establish mechanical model of human trampoline system, to analyze the human jumping on the trampoline process especially with stress state movement characteristics and trampoline net contact moment, then verify the kinematics and dynamics of human trampoline system. Therefore, the first test and Simulation of mechanical characteristics of trampoline equipment, then the human body movement - key trampoline dynamic system simulation in network contact moment with foot stress experiment the distribution, then analyzes the trajectory of Trampoline Athletes in the game using video analysis software, and then use the biological dynamics software LifeMOD software to establish the three-dimensional human body The mechanical model of trampoline system, carry on the kinematics and dynamics simulation of Trampoline Players analysis. And the main results of the work include: 1. based on the test results of mechanical properties is established and trampoline equipment bed device ADAMS kinetic model can be the characteristics of trampoline net center of mechanical simulation. Unlike other sports, index the mechanical properties of trampoline equipment is uncertain. It is an American national standard (ASTM F381-14) was a British national standard (BS EN 13219:2008) only the frame size on the trampoline, mesh size, the number of dimensions have detailed provisions, but on the surface in the center region of mechanical parameters is not required. The mechanical properties of the trampoline net center area and the spring was analyzed by static test, obtained the load trampoline net in the center region of displacement variation, and then through the ADAMS software to establish a dynamics model of trampoline equipment. The results show that the model can simulate the load displacement variation of net surface center area accurately, the establishment of the human body, dynamic model of trampoline system laid the foundation for.2. were measured and analyzed two dynamic plantar Trampoline Athletes in the process of jumping and trampoline net the surface contact stress distribution. The two athletes trampoline team in Jiangsu Province as the research object, the use of wearable plantar pressure insoles, athletes in the dynamic trampoline net and net jump plantar surface in the process of the moment of contact and change law of stress distribution was measured. The experimental results show that when the athletes jump height respectively. 15cm, 28cm, foot stress are the gravity of the 4.45 and 4.96 times. At the same time, the pressure of heel premises accounted for the entire plantar pressure 50%. in trampoline competition And in training, should be kept in force with footnotes to avoid fracture and sprain.3. analysis method for collection and analysis of motion trajectory of athletes in trampoline game with 3D video. By using image analysis software ARIEL of athletes of Guangyuan construction cup 2013 national Trampoline Championship in the jump trajectory analysis, identify the main sports athletes during the game features, including the maximum height of the flight time and reached the highest value. The trajectory of the champion athlete Dong Dong carried out a detailed analysis for the subsequent human trampoline system modeling and simulation analysis of the foundation of.4. established a three-dimensional human trampoline system the dynamic model of champion Dong Dong analysis in kinematics and dynamics simulation game process using the model, the athletes on the trampoline jumping process Each part of the joint, the stress state of muscle and other tissues. 3D human body model was established by using the Dong Dong biological dynamics software LifeMOD, Dong Dong motion model and measurement instruments into the trampoline before analysis. Then after the analysis of inverse dynamics analysis and positive dynamic operation human trampoline system dynamics model, analysis of the dynamics and Dong Dong kinematics data in the course of the campaign. The results show that, in the trampoline competition in the process of Dong Dong's knee joints of the lower the maximum force of the knee and ankle torque is large. In the lower limb muscles, femoral head four muscles, unit two biceps, soleus muscle was more active. The analysis methods of 3D the human trampoline system dynamics model and the kinematics and dynamics simulation, in collecting relevant track athletes in the sports competition and training process On the basis of it, the kinematics and dynamics simulation analysis of the human trampoline system is made, which lays a theoretical foundation for the scientific training and optimization of the technical movements and the performance of athletes.

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：G838;G804.6

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本文編號：1427608