基于运动生物力学体育地板载荷分析及检测方法研究
发布时间：2021-10-29 05:06
体育地板是具有承受人们高强度运动及提供运动保护功能的特殊地板,是体育馆地面铺装设施中重要组成部分。我国关于体育地板方面的研究起步较晚、基础薄弱,对体育地板力学性能、检测方法及检测仪器方面的研究相对匮乏。本课题为黑龙江省木材科学研究所与东北林业大学合作研究,承担黑龙江省自然科学基金项目:“体育地板功能性运动生理学评价机理及结构设计优化（项目编号:C201045）”。课题研究基于运动生物力学理论及采用人体运动仿真分析、算法预测、实验验证等方法,以体育地板冲击、滚动两大重要载荷指标为研究对象,研究冲击载荷对人体下肢影响;依据冲击载荷实验和模拟仿真方法,优化体育地板减震垫结构参数提升体育地板冲击吸收性能;基于激光位移传感器测量原理,提出体育地板滚动载荷检测方法;结合机械结构应力分析与检测标准设计要求,设计体育地板综合载荷检测仪。基于运动生物力学相关理论,建立数学方程与人体仿真模型求解出人体跳跃下落过程中人体下肢通过自身运动规律可吸收的最大冲击载荷;依据模型结果及人体下肢骨骼受力特点得到人体下肢承受冲击载荷阈值;确定人体运动安全条件下体育地板冲击吸收率,为体育地板减震垫结构参数优化提供相关依据。...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨２０１９年我国不同地板销售状况??从图１－１可以得到，我国地板行业总体平稳发展，增涨势头良好
?东北林业大学硕士学位论文???我国体育地板发展迅速，并且在未来有良好的发展空间。??体育地板一般由多种复合材料构成，其基本结构主要由：面层地板、毛地板层、龙??骨层防潮层及减震垫块组成，并且体育地板根据使用用途、性能指标要求、造价要求等??在具体选材上会有所不同，以单层龙骨地板为例体育地板基本结构构成如图１－２所示。??丽地板彳??龙骨层??减震垫?＼混凝土地面??图１－２单层龙骨体育地板基本结构??体育地板生产及安装要求较高，因此对地板生产及安装具有较高的技术及检测要??求。体育地板的力学性能以冲击吸收率、标准垂直变形、相对垂直变形、相对垂直变形??率、滚动载荷、球的反弹率和滑动摩擦系数六大性能指标进行表征，而体育地板冲击吸??收率及滚动载荷分别作为体育地板结构性能指标与表面性能参数的重要参数１５１。??体育地板相比于普通地板最大区别在于其可以提供运动保护功能。体现体育地板运??动保护功能强弱的重要指标为冲击载荷吸收性能，其表征体育地板吸收人体运动冲击力??能力的强弱。体育地板冲击载荷是反映体育地板与人体之间的受力关系，人体作为冲击??载荷产生的来源与承受反弹冲击力的重要对象，需要更加准确的探究人体运动受力原??理。结合运动生物力学相关知识来更加科学的反映人体在体育地板进行剧烈运动过程中??身体受到的最大载荷作用，并依据身体最安全受力范围，为后续体育地板通过减震垫结??构优化达到最优冲击吸收率奠定基矗??运动生物力学以研究人体在体育运动过程中身体各部分受力为核心，运用运动解剖??学、运行生理学和基础力学的理论与方法，研宄人体运动器官系统的生物力学与人体运??动规律，并依据影响人体运动的内部与外部条件
?２基于运动生物力学人体下肢冲击载荷分析???用ｎ４１。因此，为防止反弹冲击载荷对人体的破坏要进行体育地板的结构设计与改良，提??升体育地板的冲击载荷吸收性能。??为更清晰描述人体跳跃过程中产生冲击载荷及载荷吸收过程，绘制图２－１所示的人??体冲击载荷吸收原理流程图。??￣￣？！腿部弯曲吸收〇％?——??冲击载荷厂一?一Ｊ人体实＾不艾力——人体骨关体最终受力乃Ａ??＼＼力阈值??￣？体育地板结构吸收Ｗ?—??＾７］?优化体育地板结构提升冲?＿?＿?ｓ??击吸收率６％?＾?＾??图２－丨人体冲击载荷吸收原理流程??具体流程为：人体产生冲击力体育地板吸收部分冲击载荷及人体自身腿部弯曲??吸收冲击载荷一人体实际承受载荷根据人体运动生物力学判定冲击载荷是否小于人??体骨关节受力阈值Ｆ２—若符合（即厂＜厂２）则求解地板最终冲击吸收载荷Ｆ３；若不符合??（即则进行改变体育地板的结构来提升冲击载荷吸收性能。其中，人体冲击载??荷Ｆ与人体实际受力６之间关系的计算公式为（２－１）：??＾?＝Ｆｘ（ｌ－ａ）ｘ（ｌ－Ｚｊ）?（２－１）??式中，Ｆ为人体运动产生冲击载荷，Ｎ；??■Ｐｉ为人体运动实际受力，Ｎ；??＾为人体自身腿部弯曲冲击吸收率，％；??办为体育地板结构冲击吸收率，％。??从人体冲击载荷吸收原理流程图２－１及计算公式（２－１）可以得到，要确定在保障人??体骨关节受力安全的前提下的人体最终受力Ｆ３，要求解出人体运动过程中产生冲击载荷??大小及人体腿部弯曲的冲击吸收率数值。??２．２人体下肢承受冲击载荷分析与求解过程??运动员在进行体育活动时，所受到的反冲击力相比于坚硬地面（混凝土地面）时较??
本文编号：3464021
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨２０１９年我国不同地板销售状况??从图１－１可以得到，我国地板行业总体平稳发展，增涨势头良好
?东北林业大学硕士学位论文???我国体育地板发展迅速，并且在未来有良好的发展空间。??体育地板一般由多种复合材料构成，其基本结构主要由：面层地板、毛地板层、龙??骨层防潮层及减震垫块组成，并且体育地板根据使用用途、性能指标要求、造价要求等??在具体选材上会有所不同，以单层龙骨地板为例体育地板基本结构构成如图１－２所示。??丽地板彳??龙骨层??减震垫?＼混凝土地面??图１－２单层龙骨体育地板基本结构??体育地板生产及安装要求较高，因此对地板生产及安装具有较高的技术及检测要??求。体育地板的力学性能以冲击吸收率、标准垂直变形、相对垂直变形、相对垂直变形??率、滚动载荷、球的反弹率和滑动摩擦系数六大性能指标进行表征，而体育地板冲击吸??收率及滚动载荷分别作为体育地板结构性能指标与表面性能参数的重要参数１５１。??体育地板相比于普通地板最大区别在于其可以提供运动保护功能。体现体育地板运??动保护功能强弱的重要指标为冲击载荷吸收性能，其表征体育地板吸收人体运动冲击力??能力的强弱。体育地板冲击载荷是反映体育地板与人体之间的受力关系，人体作为冲击??载荷产生的来源与承受反弹冲击力的重要对象，需要更加准确的探究人体运动受力原??理。结合运动生物力学相关知识来更加科学的反映人体在体育地板进行剧烈运动过程中??身体受到的最大载荷作用，并依据身体最安全受力范围，为后续体育地板通过减震垫结??构优化达到最优冲击吸收率奠定基矗??运动生物力学以研究人体在体育运动过程中身体各部分受力为核心，运用运动解剖??学、运行生理学和基础力学的理论与方法，研宄人体运动器官系统的生物力学与人体运??动规律，并依据影响人体运动的内部与外部条件
?２基于运动生物力学人体下肢冲击载荷分析???用ｎ４１。因此，为防止反弹冲击载荷对人体的破坏要进行体育地板的结构设计与改良，提??升体育地板的冲击载荷吸收性能。??为更清晰描述人体跳跃过程中产生冲击载荷及载荷吸收过程，绘制图２－１所示的人??体冲击载荷吸收原理流程图。??￣￣？！腿部弯曲吸收〇％?——??冲击载荷厂一?一Ｊ人体实＾不艾力——人体骨关体最终受力乃Ａ??＼＼力阈值??￣？体育地板结构吸收Ｗ?—??＾７］?优化体育地板结构提升冲?＿?＿?ｓ??击吸收率６％?＾?＾??图２－丨人体冲击载荷吸收原理流程??具体流程为：人体产生冲击力体育地板吸收部分冲击载荷及人体自身腿部弯曲??吸收冲击载荷一人体实际承受载荷根据人体运动生物力学判定冲击载荷是否小于人??体骨关节受力阈值Ｆ２—若符合（即厂＜厂２）则求解地板最终冲击吸收载荷Ｆ３；若不符合??（即则进行改变体育地板的结构来提升冲击载荷吸收性能。其中，人体冲击载??荷Ｆ与人体实际受力６之间关系的计算公式为（２－１）：??＾?＝Ｆｘ（ｌ－ａ）ｘ（ｌ－Ｚｊ）?（２－１）??式中，Ｆ为人体运动产生冲击载荷，Ｎ；??■Ｐｉ为人体运动实际受力，Ｎ；??＾为人体自身腿部弯曲冲击吸收率，％；??办为体育地板结构冲击吸收率，％。??从人体冲击载荷吸收原理流程图２－１及计算公式（２－１）可以得到，要确定在保障人??体骨关节受力安全的前提下的人体最终受力Ｆ３，要求解出人体运动过程中产生冲击载荷??大小及人体腿部弯曲的冲击吸收率数值。??２．２人体下肢承受冲击载荷分析与求解过程??运动员在进行体育活动时，所受到的反冲击力相比于坚硬地面（混凝土地面）时较??
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