基于多体运动数值模拟方法研究髋关节屈曲角度对水下海豚泳打腿的影响

作者：左川; 李天赠; 孙杨; 张胜年; 刘宇^*

来源：医用生物力学, 2021, 36(04): 510-518.

DOI：10.16156/j.1004-7220.2021.04.003

• 计算流体力学
• 水下海豚泳打腿
• 多体运动

目的研究水下海豚泳打腿过程中运动员周围的流场特性、净流向力变化,以及伸展打腿结束时髋关节屈曲角度对水下海豚泳打腿的影响。方法通过三维扫描得到游泳运动员的身体形态数据,对数据进行逆向重构得到游泳运动员模型,对运动员模型的各关节进行分离,将模型划分为各运动环节,通过控制各运动环节的运动模拟水下海豚泳打腿动作,并使用计算流体力学(computational fluid mechanics,CFD)软件包ANSYS Fluent作为求解器进行计算求解。结果流场中速度梯度较大的区域,涡结构从运动员的身体表面脱落,且伸展打腿阶段和屈曲打腿阶段脱落的涡结构不同;推进力主要产生于伸展打腿阶段;伸展打腿结束时,当髋关节的屈曲角度由20°增加至30°,运动员受到的阻力减小。结论在一定程度上增加伸展打腿结束时的髋关节屈曲角度能够减小运动员进行水下海豚泳打腿时受到的阻力,增加游进速度。

• 单位
  佛山科学技术学院; 上海体育学院