Динамическое исследование влияния давления при накачивании спортивных мячей

В динамично развивающейся области спортивных технологий инженеры уделяют особое внимание энергии хранимой и теряемой в оборудовании. Надувные (твердые) мячи имеют коэффициент восстановления при ударе – взаимодействии мяча с жесткой поверхностью. Нужные динамические свойства достигаются за счет тщательного отбора материалов, структуры и давления при накачивании. После изготовления мяча на фабрике материалы и структура остаются относительно неизменными, однако, внутреннее давление остается на усмотрение спортсмена, который получает лишь рекомендацию. Было проведено исследование для наблюдения за взаимодействием слишком высокого давления с недостаточным давлением и потерей энергии на различных уровнях деформации.

Система ElectroPuls E 3000, оснащенная легковесными плитами для сжатия, использовалась для сжатия мячей. Испытанию подвергались различные типы мячей (футбольные, воллейбольные, для мини-футбола, нетбола, ритмики и гимнастики), здесь представлены результаты по испытаниям баскетбольных мячей. Каждый мяч подвергался циклическому сжатию при постоянной частоте с амплитудой 5 мм вокруг среднего значения изначального перемещения, которое мы постепенно увеличивали на 5 мм. Движение фиксировалось цифровым кодирующим устройством; применялось программное обеспечение для динамических испытаний WaveMatrix. Каждый мяч проходил испытания при трех различных давлениях:

• Номинальное» давление – среднее значение
• Низкое давление – на 25% ниже номинального
• Высокое давление – на 25% выше номинального

Кривые сила-перемещение отражают финальный (20й) цикл каждого начального перемещения. Различие между цифровой нагрузкой и кривыми разгрузки показывают потерю энергии при каждом цикле сжатия. Представленный график показывает соотношение потерянной энергии и энергии, полученной на различных циклах испытания. Самый крупный столбец показывает большую величину относительной потери энергии.

Мяч, надутый должным образом, представленный зелеными столбцами, теряет наименьшее количество энергии после проведения испытаний при трех различных давлениях. Высокую потерю энергии недостаточно надутого мяча можно объяснить взаимодействием изгибающей и сферической деформации обшивки мяча в одной плоскости (кольцевая деформация). При высоком давлении, мяч испытывает предварительную нагрузку, обшивка испытывает более высокую деформацию, возможно выходит за пределы эластичной зоны. При использовании гиперэластичных материалов неудивительно,что больше энергии теряется при более высокой деформации. Испытания на динамическое сжатие целого мяча помогает понять роль внутреннего давления спортивных мячей. Быстрые исследования, подобные данному, позволяют изучать поведение мяча и открывают новые горизонты для дальнейших исследований.