網球拍之震動模擬與最佳化設計

  • 許 育傑

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

網球運動為全球最受矚目的運動項目之一,除了運動員的技術之外,使用的器具也不斷革新。網球屬於持拍運動,必須透過球拍完成各種動作,即藉由球拍與球的碰撞將網球發送或反擊給對手。如何設計更好的球拍,使得擊球時能有更大的恢復係數(出射與入射速度量值比)為一重要課題。此外,擊球時的撞擊力道會傳遞至手臂,使持拍手產生不適甚至導致所謂網球肘之運動傷害,因此也需要減低持拍手震動幅度。本研究之目的即為考量增大擊球恢復係數與減小震動幅度,以模擬計算進行球拍之最佳化設計。為確認模擬結果之效度,首先進行實驗測試,以高速攝影機記錄固定拍頭之球拍,受到球撞擊後拍柄所產生之震幅,並以加速規紀錄拍柄震動時之加速度,再以尤拉白努力樑與彈簧結合的系統類比拍面建立模型並模擬。從實測碰撞震幅和加速度與模擬有近似的結果,可確認模型效度。之後再改變球拍模型的單位質量以及J值(EI,即楊氏係數與轉動慣量之乘積)分布,以最佳化運算設計能使拍面產生最小震幅以及最大恢復係數。根據本篇研究之結果,對於球拍設計有以下建議:當球拍總重在0 3kg±10%時,如欲使拍柄震幅最小,須讓越靠近拍柄位置有較高的J值以及靠近拍柄有較高的密度;若是較重視球拍的威力(恢復係數),則使拍頭有較高的密度,並在球拍首尾兩端有較高的J值為較好之設計。此外,雖然較重的球拍有較高的回彈球速及較低的拍柄震幅,但應考量實際上運動員體能是否可以負擔。
Date of Award2017 Jan 9
LanguageChinese
SupervisorKuangyou B. Cheng (Supervisor)

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網球拍之震動模擬與最佳化設計
育傑, 許. (Author). 2017 Jan 9

Student thesis: Master's Thesis