冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算機(jī)仿真論文

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1冰壺運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)介

冰壺運(yùn)動(dòng)是以隊(duì)為單位在冰上進(jìn)行的一種投擲性競(jìng)賽項(xiàng)目。投擲的冰壺為圓壺狀，周長(zhǎng)約為91.44厘米，高(壺的底部與頂部)11.43厘米，重量(包括壺柄和壺栓)最大為19.96公斤，冰壺底部和冰面相接觸的部分是一個(gè)半徑約為12.8至13.1厘米的圓環(huán)。冰壺所用場(chǎng)地是一個(gè)長(zhǎng)44.5米、寬4.32米的冰道。場(chǎng)地冰面澆過(guò)平整的冰面后，還需要用噴頭像冰面噴灑熱水滴，保證冰面出現(xiàn)表面圓滑的凸起的小冰點(diǎn)，使冰壺的底面不能完全接觸到冰面，并且冰面更粗糙，對(duì)冰壺的阻力更大。冰道的一端畫(huà)有一個(gè)直徑為1.83米的圓圈作為球員的發(fā)球區(qū)，被稱作本壘。冰道的另一端也畫(huà)有一圓圈，被稱為營(yíng)壘。在場(chǎng)地兩端各裝有一個(gè)斜面橡膠起蹬器。在冰壺場(chǎng)地前后兩端各有一條藍(lán)色的實(shí)線稱為“前衛(wèi)線”和“后衛(wèi)線”。球員擲壺時(shí)，身體下蹲，蹬冰腳踏在起蹬器上用力前蹬，使身體跪式向前滑行，同時(shí)手持冰壺從本壘圓心推球向前，至前衛(wèi)線時(shí)，放開(kāi)冰壺使其自行以直線或弧線軌道滑向營(yíng)壘中心。在一名隊(duì)員擲球時(shí)，由兩名本方隊(duì)員手持毛刷在冰壺滑行的前方快速左右擦刷冰面使冰壺能準(zhǔn)確到達(dá)營(yíng)壘的中心或者將對(duì)方冰壺?fù)舸虺龅梅謪^(qū)域。最后當(dāng)雙方隊(duì)員擲完所有冰壺后，以場(chǎng)地上冰壺距離營(yíng)壘圓心的遠(yuǎn)近決定勝負(fù)。

2運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立

冰壺在冰面上滑行可以視為剛體的平面運(yùn)動(dòng)，可以將其分解為質(zhì)心的平動(dòng)和繞過(guò)質(zhì)心軸的定軸旋轉(zhuǎn)。以前衛(wèi)線的中心為O，前衛(wèi)線中線為x軸，垂直于x軸的是y軸，垂直與冰面的為z軸建立坐標(biāo)系。

2.1旋轉(zhuǎn)

冰壺的質(zhì)量為m，開(kāi)始時(shí)的角速度為，冰壺與冰面間的摩擦系數(shù)為μ，μ的大小與溫度T有關(guān)，可表示成假設(shè)摩擦力是均勻分在整個(gè)低面圓盤(pán)上，故計(jì)算摩擦力矩時(shí)，應(yīng)將圓盤(pán)分解為許多的以轉(zhuǎn)軸為圓心的同心環(huán)來(lái)考慮。

3仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡的仿真，根據(jù)前面所述的運(yùn)動(dòng)方程模型，需要先確定冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡的一些參數(shù)。為此將冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡仿真系統(tǒng)分成兩部分，即基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置和動(dòng)態(tài)模擬。基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置中分別輸入初速度、初始角速度和溫度。冰壺場(chǎng)地兩營(yíng)壘之間的距離近30米，所以在沒(méi)有任何干擾的情況下，冰壺應(yīng)可以自由滑行20米才是有可能到達(dá)營(yíng)壘。

4結(jié)論

根據(jù)機(jī)械能量守恒理論建立的冰壺運(yùn)動(dòng)方程，從主觀上驗(yàn)證了它的正確性，可以幫助運(yùn)動(dòng)員分析投擲冰壺時(shí)應(yīng)以怎樣的初速度和角速度投壺，才能有效的進(jìn)入營(yíng)壘。

作者：田雨 單位：沈陽(yáng)體育學(xué)院