在運動技術和工程的動態領域,工程師特別關注設備中存儲和損失的能量。充氣(和實心)球通常受恢復係數控制,該係數描述了球和剛性板之間的相互作用。適當的動態特性是通過仔細選擇材料、結構和充氣壓力來實現的。球出廠後,材料和結構保持相對一致,但內部壓力由運動員自行決定,運動員只收到建議。進行了一項研究,以觀察不同變形水平下的過壓和欠壓與能量損失之間的關係。
裝有輕質壓縮板的電動機器用於壓縮整個球。在研究過程中,測試了許多不同類型的球(足球、排球、五人制足球、無擋板籃球、排球、藝術體操),此處介紹了籃球的結果。每個球都以恆定頻率循環壓縮,初始位移平均水平周圍有 5 毫米振幅,隨後我們以 5 毫米增量增加。該運動是通過動態測試軟件中的數字編碼器控制來規定的。每個球都在三種壓力下進行測試:
“標稱”壓力位於球上指定範圍的中間
負壓比標稱值低 25%
過壓球比標稱值高 25%
力-位移曲線取自最後一個循環(第 20 個)的每個初始位移。數值積分加載和卸載曲線之間的差異給出了每個壓縮循環中的能量損失。所呈現的圖表顯示了在各個循環中損失的能量與引入系統的能量的比率。條形越大表示相對能量損失越高。
正確充氣的球(以綠色條表示)在測試的三種加壓中損失的能量最少。充氣不足的球的較高能量損失可能歸因於面板的彎曲和球形面內變形(環向應變)之間的相互作用。在高壓下,球基本上是預加載的,並且面板承受更大範圍的應變,可能會離開彈性區域。對於超彈性材料,在較高應變下損失更多能量也就不足為奇了。全球動態壓縮測試可以深入了解運動球內部壓力的作用。像這樣的快速研究有助於量化全球球行為並提出進一步研究的新領域。