网球被击过程ABAQUS仿真分析

1 引言

在网球运动中，运动员击球的速度、挥拍的方向以及球拍网线的预紧力都会影响到击球的过程，因此在较为专业的比赛中，运动员非常关心这三个物理量是如何影响击球结果的。研究人员通过实验进行对比测量是一种很好的方法，但这种方法比较耗费人力、物力，并且加装在网球及球拍上的传感器也会对实验结果产生一定的影响。相比较而言，有限元仿真方法更具有经济性和便捷性。

本实验将通过有限元仿真软件对网球被击过程进行仿真分析，并采用控制变量法，将七种工况的模型分为三组，保证每组仅有一个变量不同，其他变量相同。分别讨论击球速度、击球方向和网线预紧力对击球过程中网球速度变化、网线应力的变化的影响。

2 模型要点

2.1 零件建模及装配

本小节主要介绍对球拍框、网球、网线三个零件的建模及装配。通过查找资料，并进行一定的简化，本文采用的球拍模型尺寸如图2.1所示：

图2.1网球拍尺寸图

如图所示，拍框简化为一个圆环，采用Deformable solid类型创建厚度为20mm的拉伸体。网线横竖交错，两个方向分别布置18根网线，每根网线采用Deformable wire类型创建截面为1mm的圆柱梁单元。此外网球采用Deformable shell类型创建厚度为9mm的空心球体单元。

经过装配后的装配体如图2.2所示：

图2.2装配体

2.2 材料属性

网球拍线的杨氏模量Е=6.895GPa，泊松比ν=0.3，密度ρ=1143kg/m3，网球线是张紧的，将在预定义场定义初始张紧力。

网球拍框在仿真过程中被约束为刚性体，其杨氏模量Е=7.265GPa，泊松比ν=0.3，密度ρ=2700kg/m3。

网球材料定义为橡胶材料，由于橡胶属于超弹性材料，采用Mooney-Rivlin模型定义材料参数：C10=0.69MPa，C01=0.173MPa，D1=0.0145MPa