Численная модель прыжка с шестом с помощью конечно-элементного анализа
Автор: Эль Мримар О., Бендаоу О., Самоунди Б., Эль Хаддад З.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 1 (103) т.28, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются прыжки с шестом как сложная дисциплина легкой атлетики, в которой спортсмены используют гибкий шест для преодоления высокой планки. В исследовании рассматриваются задачи, связанные с этой дисциплиной, включая влияние материала шеста, физических возможностей прыгуна и техники прыжков на спортивные результаты. В работе представлен новый анализ методом конечных элементов ( FEA ) в ANSYS , сфокусированный на преобразовании энергии в процессе взаимодействия шеста и прыгуна. Результаты моделирования подчеркивают влияние жесткости и длины шеста на высоту прыжка, а также влияние синхронизации между шестами и их положениями на результат. Также в статье подчеркивается, что результативность прыжков с шестом неразрывно связана с особенностями движения прыгуна и его способностью оптимизировать взаимодействие с шестом. Такое более глубокое понимание может помочь улучшить индивидуальные результаты в легкой атлетике.
Прыжки с шестом, анализ методом конечных элементов, преобразование энергии, моделирование, ansys
Короткий адрес: https://sciup.org/146282931
IDR: 146282931 | УДК: 531/534: | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.1.08
Energy conversion in pole vaulting using finite element analysis
The article examines pole vaulting as a demanding track and field discipline, where athletes use a flexible pole to clear a high bar. The study explores the research challenges associated with this discipline, including the impact of pole material, the physical capabilities of the vaulter, and the vaulting technique on performance. The paper presents a new Finite Element Analysis (FEA) in ANSYS, focusing on energy conversion in the pole-vaulter interaction. Simulation re-sults highlight the influence of pole stiffness and length for jump height, as well as the impact of synchronization between pole and pole positions on performance. Finally, the article highlights that pole vault performance is intrinsically linked to the pole vaulter's specific movement and ability to optimize interaction with the pole. This deeper understanding can help improve individ-ual performance in this demanding athletics discipline.
Список литературы Численная модель прыжка с шестом с помощью конечно-элементного анализа
- Бондаренко К.К., Бондаренко А.Е., Боровая В.А., Примаченко П.В., Шилько С.В. Кинематические и динамические параметры финальной стадии метания копья // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 1. -С. 95-107.
- Джеббар Н., Бачири А., Бутабут Б. Трехмерный конечно-элементный анализ влияния ударной нагрузки от импактора переменной массы на распределение напряжений на поверхности «кость - имплантант» // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 1. -С. 6-15.
- Кручинин П.А., Холмогорова Н.В. Энергетические оценки в стабилометрии // Российский журнал биомеханики. -2022. - Т. 26, № 1. - С. 60-72.
- Маслов Л.Б., Дмитрюк А.Ю., Жмайло М.А., Коваленко А.Н. Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния эндопротеза // Российский журнал биомеханики. - 2021. - Т. 25, № 4. - С. 414-433.
- Муслов С.А., Перцов С.С., Чижмаков Е.А., Асташина Н.Б., Никитин В.Н., Арутюнов С.Д. Упругая линейная, билинейная, нелинейная экспоненциальная и гиперупругие модели кожи // Российский журнал биомеханики. - 2023. -Т. 27, № 3. - С. 71-83.
- Саттаров Р.Р., Хазиева Р.Т., Иванов М.Д. Оптимизация переноса груза при помощи колебательной системы // Российский журнал биомеханики. - 2022. - Т. 26, № 3. -С. 85-90. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.3.08
- Ansys Software. Workbench User's Guide [Электронный ресурс]. - URL: www.ansys.com (дата обращения 20.03.2024)
- Arampatzis P. M., Schade A., Bruggemann., F. G.P. Effect of the pole-human body interaction on pole vaulting performance // Journal of Biomechanics. - 2004. - Vol. 3, no. 9. -P. 1353-1360.
- Chau S., Mukherjee R. Kinetic to potential energy transformation using a spring as an intermediary: Application to the pole vault problem // Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME. - 2019. - Vol. 86, no. 5. - P. 051001. DOI: 10.1115/1.40425766
- Dillman C.J., Nelson R.C. The mechanical energy transformations of pole vaulting with fiberglass pole // Journal of Biomechanics. - 1968. - Vol. 1, no. 3. - P. 175-183.
- Drücker S., Schneider K., Ghothra N.K, Bargmann S. Finite element simulation of pole vaulting // Sports Engineering. -2018. - Vol. 21, no. 2. - P. 259-264. DOI: 10.1007/s12283-017-0251-0
- Ekevad M., Lundberg B. Simulation of smart pole vaulting // Journal of Biomechanics. - 1995. - Vol. 28, no. 9. -P. 1079-1090. DOI: 10.1016/0021-9290(94)00168-4
- Ekevad M., Lundberg B., Influence of pole length and stiffness on the energy conversion in pole-vaulting. // Journal of Biomechanics. - 1997. - Vol. 30, no. 3. - P. 965-976. DOI: 10.1016/S0021-9290(96)00131-5
- El Mrimar O., Bendaou O., Samoudi B. Non-linear stochastic dynamics analysis of mechanical systems using non-intrusive polynomial chaos method: application to pole vaulting // Meccanica. - 2023. - Vol. 58, no 12. - P. 2219-2235.
- El Mrimar O., Bendaou O., Samoudi B. Optimization of Pole Vault Parameters Using Particle Swarm Optimization and Genetic Algorithm // Series on Biomechanics. - 2023. -Vol. 37, no. 4. - P. 93-106. DOI: 10.7546/SB.12.04.2023
- El Mrimar O., Bendaou O., Samoudi B. The Perturbation Method for Dynamic Analysis of Pole Vaulting // International Conference Interdisciplinarity in Engineering. Cham, Springer International Publishing. - 2021. - P. 641-650.
- Enoki S., Nakayama K., Takigawa H., Kuramochi R. An examination of kinematic parameters related to pole vault performance // International Journal of Performance Analysis in Sport. - 2023. Vol. 23, no. 115. - P. 1-10.
- Frère J., L'hermette M., Slawinski J., Tourny-Chollet C. Mechanics of pole vaulting: a review // Sports biomechanics. -2010. - Vol. 9, no. 2. - P. 123-138.
- Gebsky A., Perkowski K. Influence of selected variables of athletes' special physical fitness on sports performance in pole vaulting // Journal of Physical Education and Sport. - 2023. -Vol. 23, no. 7. - P. 1804-1809.
- Hubbard H. Dynamics of the pole vault // Journal of Biomechanics. - 1980. - Vol. 13, no. 11. - P. 965-976. DOI: 10.1016/0021-9290(80)90168-2
- Iaaf, International Association of Athletics Federations [Электронный ресурс]. - URL: www.iaaf.org (дата обращения 20.03.2024)
- Jahromi A. F., Atia A., Bhat R. B., Xie W. F. Optimizing the pole properties in pole vaulting by using genetic algorithm based on frequency analysis // International Journal of Sports Science and Engineering. - 2012. - Vol. 6. - P. 41-53.
- Linthorne N. P. Energy loss in the pole vault take-off and the advantage of the flexible pole // Sports Engineering. - 2000. -Vol. 3, no. 4. - P. 205-218.
- McGinnis P.M. Dynamic finite element analysis of a human-implement system in sport: the pole vault (biomechanics, modeling) // University of Illinois at Urbana-Champaign. -1984.
- McGinnis P.M., Schade F., Bruggemann G.P. Mechanics of the pole vault take-off // New Studies in Athletics. - 1997. - Vol. 12. - P. 43-46.
- Mesnard M., Morlier J., Cid M. An essential performance factor in pole-vaulting // Comptes Rendus Mecanique. - 2007. -Vol. 335, no. 7. - P. 382-387.
- Morlier J., Cid M. Three-dimensional analysis of the angular momentum of a pole-vaulter // Journal of Biomechanics. -1996. - Vol. 29, no 8. - P. 1085-1090.
- Morlier J., Mesnard M. Influence of the moment exerted by the athlete on the pole in pole-vaulting performance // Journal of biomechanics. - 2007. - Vol. 40, no. 10. - P. 2261-2267.
- Ohshima S., Nashida Y., Ohtsuki A. Optimization of pole characteristic in pole vaulting using three-dimensional vaulter model // Procedia Engineering. - 2010. - Vol. 2, no. 2. -P. 3191-3196. DOI: 10.1016/j.proeng.2010.04.131
- Schade F., Arampatzis A., Bruggemann C.P. Reproducibility of energy parameters in the pole vault // Journal of biomechanics. - 2006. - Vol. 39, no. 8. - P. 1464-1471.
- Xiayuan L., Zhengliang X., Feiliang L., Jinzhong G., Xie W., Yu L. Factor analysis of the biomechanical parameters of pole vault run-up and takeoff: exploring sports performance // Journal Sports Biomechanies. - 2020. - P. 1-21.
