[发明专利]基于人体动力学与网面有限元耦联模拟的蹦床起跳动作仿真分析方法

摘要

本发明涉及一种基于人体动力学与网面有限元耦联模拟的蹦床起跳动作仿真分析方法，属于蹦床运动员训练辅助技术领域。该方法包括：建立蹦床的网面有限元模型；建立人体动力学模型，并将人体动力学模型与网面有限元模型耦合；通过仿真分析获得目标运动员蹦床起跳动作的人体动力学数据。本发明能准确实现人、网耦合的动力学模拟，并进行运动员蹦床网面起跳动作的动力学仿真分析，进而获得运动员蹦床起跳动作的人体动力学数据，为指导运动员蹦床起跳动作技术提供依据。

主权项

1.一种基于人体动力学与网面有限元耦联模拟的蹦床起跳动作仿真分析方法，其特征是，包括以下步骤：第一步、建立蹦床的网面有限元模型：S1.统计蹦床网面周围弹簧的种类、数量以及位置，并测量各种类弹簧的弹性系数；对蹦床网面中心处进行静载荷力学特性测试，得到静载荷与蹦床网面中心处下沉位移的关系；S2.采用ANSYS软件和ADAMS软件联合建立蹦床的网面有限元模型，其中，在该模型所模拟蹦床网面的中心区域建立预设尺寸的模拟的刚性板；第二步、建立人体动力学模型，并将人体动力学模型与网面有限元模型耦合：T1.采用两数码摄像机，固定各数码摄像机的拍摄位置，并设定各数码摄像机的拍摄速度；T2.将解析框架放置于蹦床网面上，两数码摄像机同时对解析框架进行拍摄，并得到解析框架视频；之后撤下解析框架，由目标运动员在同一蹦床网面上做蹦床运动动作，同时由两数码摄像机分别进行拍摄，并得到运动视频；该运动视频中包含目标运动员的压网过程，所述压网过程为从该运动员开始触网到蹦床网面降至最低点的过程；T3.采用APAS解析软件，对解析框架视频和运动视频分别进行解析，并用解析框架的所有预设标记点标定目标运动员各关节的坐标，进而获得目标运动员各关节的运动学数据；将所述运动学数据转换为LifeMOD软件能识别的slf格式文件；T4.运行LifeMOD软件并输入T3所得文件中的运动学数据、并建立目标运动员的人体动力学模型，然后把人体动力学模型所含人体模型的脚与第一步所模拟的蹦床网面创建接触，实现人体动力学模型与网面有限元模型的耦合；第三步、通过仿真分析获得目标运动员蹦床起跳动作的人体动力学数据：U1.采用LifeMOD软件在人体动力学模型所含人体模型上添加重力，之后根据第二步T3所得运动学数据进行反向动力学仿真，并由人体模型的各关节单元以及各肌肉单元分别记录自身的运动数据；U2.采用LifeMOD软件在人体模型上建立跟踪因子，之后根据U1所记录数据驱动人体模型进行正向动力学仿真分析，并获得人体动力学数据；仿真分析方法结束；第一步S2的具体过程为：首先，采用ANSYS软件模拟蹦床网面，并得到MNF格式的模态中性文件；然后，将模态中性文件导入ADAMS软件的ADAMS/Flex模块，使ADAMS软件根据该模态中性文件模拟蹦床网面；接着，采用ADAMS软件，在模拟的蹦床网面周围建立若干标记点，在该蹦床网面边缘建立与各标记点对应的结点，并以模拟弹簧连接对应的标记点和结点；这些模拟弹簧的种类、数量以及位置与S1的统计结果相同，且各种类模拟弹簧的弹性系数与S1的测量结果相同；最后，采用ADAMS软件，在该蹦床网面的中心区域建立预设尺寸的模拟的刚性板，并将该刚性板边缘与该蹦床网面进行锁定；第一步S2所建立的网面有限元模型符合如下条件：采用ADAMS软件，在模拟的蹦床网面中心处加载静载荷A，并模拟蹦床网面的下沉过程，得出该蹦床网面中心处的下沉位移δa；之后，根据S1所得静载荷与蹦床网面中心处下沉位移的关系，得出加载静载荷A时静载实验的蹦床网面中心处实际下沉位移δt；最后，计算误差误差ε小于8％。