基于有限元分析的棒球最佳击球点问题

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1、万方数据第10卷第3期南京师范大学学报(工程技术版)V01．10No．32010年9月JOURNALOFNANJINGNORMALUNIVERSITY(ENGINEERINGANDTECHNOLOGYEDITION)Sept，2010基于有限元分析的棒球最佳击球点问题倪睿1，袁静1，王琪1，尹静2，庄建军1(1．南京大学电子科学与工程学院，江苏南京210093；2．上海建桥学院信息技术系，上海201319)[摘要]针对棒球运动中的球棒最佳击球点问题，首先以粱振动模型为基础，研究了两端自由均匀杆振动能量

2、的传递，得到了振动能量损失最小的受力区域．接着运用有限元分析法，将不规则的棒球棒模型细化为752个规则三角形进行受力分析，结合振动方程和边界条件，求出前3种振动模式下的振动节点，将振动能量损失最小的击球区域定位于基波节点与二次谐波节点之间．研究结果表明，以标准棒球棒(81．3era)为例，其最佳击球区域为：62．4—70．8咖，该结论为棒球运动员选择最佳击球区域提供了可靠的理论依据．[关键词]棒球棒，最佳击球点，粱振动模型，振动节点，有限元分析[中图分类号]0325[文献标识码】A[文章编号]1672

3、-1292(2010)034：1035-05AnalysisoftheSweetZoneonaBatBasedontheFiniteElementModelNiRuil，YuanJin91，WangQil，YinJin92，ZhuangJianjunl(1．DepartmentofElectronicScienceandEngineering，NanjingUniversity，Nanjing210093，China；2．DepartmentofInformationTechnology，sh锄蛳Ji

4、anqiaoCollege，Shanghai201319，China)Abstract：Insearchoftheoptimalhitregioninarunningbaseballbat，basedonthebeamvibrationmodel，thispaperanalyzestheenergytransmissionofthevibrationforauniformbeamandobtainsthezonewherethereisleastenergyloss．Thenthefiniteelem

5、entanalysisisappliedinwhichtheirregalarlyshapedbatismeshedinto752reglllartrianglestobeanalyzed，andthevibrationequationtogetherwithboundaryconditionsisusedtocalculateitsfh'stthreevibrationnodes．Finally，thesweetzoneisdetermined，whichislocatedbetweenthebas

6、ewaveandthesecondorderharmonicnodes．Takingthestandardizedbaseballbat(81．3em)foranexample，thesweetzonerangesfrom62．4emto70．8cmfromthethinnerend，whichprovidesatheoreticalfoundationforbaseballplayerstochooseanoptimalhittingregionandgetadesirableeffect．Keyw

7、ords：baseballbat，sweetzone，beamvibrationmodel，vibrationnode，finiteelementanalysis棒球运动中，大多数运动员击球靠的是经验和感觉，而棒球棒中有一个特殊的区域，球击打在这个区域内会飞得又高又远，该区域被称为最佳击球区域(甜蜜点，sweetzone)，对于最佳击球区域普遍有以下3种解释‘1

8、：(1)球棒自由振动的基波节点与二次谐波节点之间，即振动能量传递最小的区域．(2)击打过程中，手撞击感最小的区域，即撞击中心．(3)手撞击感

9、最小点与自由振动的基波节点之间(即综合考虑以上两种解释)．通过研究发现，球棒击球过程中，球棒的振动是整个击球过程中能量损耗的主要因素，因此应该尽量减小这部分能量的损失．本文以第1种解释为出发点，以梁振动模型为基础，研究了棒球棒的自由振动模型，并且运用有限元分析法详细地计算了棒球棒的振动参数，最终得到了棒球棒击球过程中振动能量损失最小的受力区域．1梁振动模型实验证明，在棒球和球棒撞击的小于1斗s的瞬间球棒承受幅度约为2267．985kg的力，该撞击激发了收