自由式滑雪空中技巧项目人体调控对出台速度影响的研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11102120
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
28.0万
负责人：
王新
依托单位：
沈阳体育学院
学科分类：
A1003.天然生物材料、仿生与运动生物力学
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
马毅；吴文征；纪冬；郝庆威；李虎；付彦铭；王悦曦；李男；
关键词：
计算机模拟运动生物力学自由式滑雪空中技巧空气动力学

项目摘要

自由式滑雪空中技巧是我国在冬奥会上获得奖牌的优势项目，但运动员在国际比赛和训练中高难动作成绩很不稳定，原因是运动员缺乏根据场地环境变化而自我调控的能力。以往对自由式滑雪空中技巧项目的技术诊断虽然建立了出台速度的控制方程，但该方程只是考虑了助滑高度、几个给定风向、风速和雪的摩擦系数等外在因素的影响，欠缺对运动员内在调控能力的影响因素分析。本课题将以运动员内在调控为主要内容，以自由式滑雪空中技巧运动员为研究对象，运用运动生物力学原理和计算机模拟方法，采用精确的三维实体模型、离散单元法和数学模型法，将理论和实验相结合，从流场和速度场相耦合以及运动员自我调控模式的角度探讨运动员出台速度的影响机理，阐明不同风速、风向环境下，在助滑坡上不同位置、不同姿势用力加速对出台速度的影响情况，为运动员根据赛场环境变化进行自我调控出台速度提供理论支撑，为提高我国冬季项目运动成绩服务。

结项摘要

自由式滑雪空中技巧是我国在冬奥会上获得奖牌的优势项目，为了掌握外在环境变化和运动员自我调控对自由式滑雪空中技巧项目出台速度的影响，进而控制出台速度。本研究以自由式滑雪空中技巧国家队队员为研究对象，运用运动生物力学原理和数学模型法，将理论和实验相结合，运用数值仿真计算方法完成外在环境和运动员自我调控模式对出台速度影响的研究。.在课题组全体成员的努力下，圆满完成了预定的工作任务，达到了预期研究目标。.完成的主要研究内容：.（1）完成自由式滑雪空中技巧项目的三维实体模型的研究。采用三维人体扫描仪获得运动员人体三维数据。处理后建立滑雪运动员的三维人体曲面模型。.（2）建立自由式滑雪空中技巧人体运动控制理论模型。以实测的运动学数据拟合函数来驱动人体运动，简化人体动力学控制模型，建立助滑起跳运动学控制方程。.（3）完成人体姿态和支反力变化的函数研究。根据三维测力平台和运动学影像分析结果根拟合出支反力随姿势变化函数，.（4）实际测量不同温度下自然雪与人造雪的物理特性，为仿真提供边界条件。.（5）滑行过程空气阻力和滑行速度耦合研究。计算出不同风向、风速对人体不同姿势蹬地用力滑行时的流场阻力数值。.（6）出台速度控制方程的研究。根据场地的几何描述和以上的理论模型和空气阻力模拟结果，以人体体重、迎风面积、滑行起始高度、雪道坡度以及空气阻力为干预变量，开发计算机程序。.取得的主要研究成果.公开发表国内核心期刊论文3篇，EI检索3篇，省级刊物1篇，出版专著一部，培养硕士研究生两人。获得辽宁省自然科学学术成果奖二等奖1项。获得国家体育总局第22届冬奥会科研攻关与科技服务项目贡献二等奖。参加国内外学术会议3次，并在全国第十六届运动生物力学大会上做大会主题报告发言。完成《自由式滑雪空中技巧项目运动员出台速度计算》软件，并申请专利。.研究结果：.课题组根据训练场地雪质情况、气温、风速、雪场和水池跳台尺寸对运动员不同技术动作做模拟分析，给出根据外在环境变化对助滑速度和出台速度的影响情况。运动员和教练员参考模拟计算的变化幅度来调整身体姿态和助滑距离，确保以合理的出台速度腾空，实际应用效果良好，起到了数值模拟对实际技术调整的指导意义，有助于教练员和运动员从量化上了解外在环境变化对自身技术调整的需要。对奥运科技攻关服务起到一定支撑作用。