一種羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法，尤其涉及一種羽毛球拍拍桿的軟硬 度測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，羽毛球拍桿的軟硬度測試方法為彈性測試法（QB/T2770-2006)，其測試方法 為：取球拍桿的一段，根據(jù)球拍中段的施力點的位移大小確定拍桿的軟硬度。此方案的缺點 是產(chǎn)生的位移距離難以測準(zhǔn)，若以抗彎剛度EI來標(biāo)定羽毛球拍桿的軟硬度，力學(xué)概念明確 且能綜合考慮桿的結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能等。
[0003] 現(xiàn)有的測試方案有諸多不足，一是軟硬度涉及羽毛球拍桿的結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能、 形狀等因素；二是撓度測試法中，羽毛球拍桿的變形難以測準(zhǔn)；三是現(xiàn)行測試方法涉及羽 毛球拍桿的大撓度變形問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種羽毛球拍拍桿的軟硬度測試 方法，將羽毛球拍桿簡化成一個單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，通過實測系統(tǒng)的固有頻率，運用振 動力學(xué)和材料力學(xué)理論推導(dǎo)出羽毛球拍桿的抗彎剛度公式，計算出抗彎剛度值，該方法更 為方便、準(zhǔn)確，可作為測定羽毛球拍桿軟硬度的標(biāo)準(zhǔn)方法，具體由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0005] 所述羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法，包括如下步驟：
[0006] 1)將羽毛球拍拍桿兩端鉸支，羽毛球拍桿跨度為1，將配重懸掛在拍桿跨中，并將 加速度傳感器布置在配重上，用力錘擊配重，產(chǎn)生振動，加速度傳感器采集振動信息，將所 述信息通過數(shù)據(jù)采集器與信號分析軟件獲得時域信號和頻域信號，求得該羽毛球拍拍桿的 固有頻率；
[0007] 2)根據(jù)公式￡
，計算羽毛球拍桿的抗彎剛度EI，其中m為配重和附加 裝置質(zhì)量，1為拍桿的跨度，f為系統(tǒng)的固有頻率，EI抗彎剛度的單位為（N · m2);
[0008] 3)根據(jù)設(shè)定的測量指標(biāo)，對羽毛球的軟硬度進(jìn)行評定，制定軟硬度測量指標(biāo)如 下：
[0009] 當(dāng)EI e [3. 5-4. 0)時，拍桿為硬，當(dāng)EI e [3. 0-3. 5)時，拍桿為稍硬；當(dāng) e [2. 5-3. 0)時，拍桿為適中，當(dāng)EI e [2. 0-2. 5)時拍桿為稍軟，當(dāng)EI e [1. 5-2. 0)時，拍 桿為軟。所述羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法的進(jìn)一步設(shè)計在于，步驟1)中截取的羽毛 球拍拍桿跨度設(shè)定為200-230mm。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0011] 本發(fā)明以振動試驗法中抗彎剛度來標(biāo)定羽毛球拍桿的軟硬度，不涉及拍桿的截面 形狀和尺寸，可回避桿內(nèi)徑尺寸的測量難題，并解決彈性測試法中拍桿變形難以測準(zhǔn)，以及 拍桿的大撓度變形等問題。該方法基于材料力學(xué)與線性振動學(xué)，科學(xué)、準(zhǔn)確；另一方面，操作 簡單只需將配重安裝在拍桿上并輕輕錘擊配重，使其發(fā)生縱向振動，讀取固有頻率，計算到 抗彎剛度EI即可，可以應(yīng)用于今后的測試和標(biāo)定羽毛球拍桿軟硬度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0012] 圖1為單自由度的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的簡化模型。 圖2為單自由度的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014] 本發(fā)明通過將羽毛球拍桿簡化成一個彈性元件，設(shè)計成單自由度的彈簧質(zhì)量系 統(tǒng)，其簡化模型如圖2所示。
[0015] 為了獲得羽毛球拍桿的剛性系數(shù)k，現(xiàn)將其簡化成單自由度的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，設(shè)配 重質(zhì)量為m。
[0016] 設(shè)砝碼質(zhì)量m (包括配重等），彈簧的靜伸長為λ，則
[0017]
⑴
[0018] 以平衡位置為原點，由牛頓定律可知m的運動方程為
[0019]
(2)
[0020] 將公式⑴代入公式⑵中，得
[0021]
(3)
[0022] 令#2 = I *可得單自由度無阻尼系統(tǒng)自由振動運動微分方程為 m
[0023]
(4>
[0024] 設(shè)方程的特解為X = est，代入方程（4)，特征方程為s2+p2= 0,解得s i= ip，s 2 =_ip〇
[0025] 應(yīng)用歐拉公式：了求得方程的通解為
[0026] x = C cos pt+D sin pt (5)
[0027] 根據(jù)初始條件：t = 0時，nu,.Y = .T0 ,可求得C = 因此（5)可寫為 P
[0028]
(0
[0029] 或表示為 X = A sin (pt+a) (7)
[0030] 式中，
[0031]
[0032] A---振幅；p---圓頻率；T---周期；f---頻率；α---初相位角
[0033] 則動剛度系數(shù)為
[0034] k = 4 π 2f2m (8)
[0035] 由材料力學(xué)知，等截面簡支梁中點作用載荷P = mg，梁中點的靜撓度為
[0036]
(::9)
[0037] 由公式（9)，可得羽毛球拍桿的剛度系數(shù)為
[0038]
(1〇)
[0039] 將公式（8)、（10)聯(lián)立，得羽毛球拍桿的抗彎剛度公式
[0040]
UJ )
[0041] 由公式（11)知，只需測出彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率，就能計算出羽毛球拍桿的抗 彎剛度EI。而羽毛球拍桿的抗彎剛度EI反比于拍桿的變形撓度。抗彎剛度越大，羽毛球拍 桿撓度越小，拍桿越硬；抗彎剛度越小，則拍桿的撓度越大，拍桿越軟。與現(xiàn)行彈性測試法相 比，用抗彎剛度來標(biāo)定羽毛球拍桿的軟硬度，更加的科學(xué)、精確。
[0042] 以下基于上述測量原理給出一具體測量方法的實施方式，具體包括如下步驟：
[0043] 1)羽毛球拍拍桿兩端鉸支，羽毛球拍桿跨度為1，將配重懸掛在拍桿跨中，并將加 速度傳感器布置在配重上，如圖1所示。用力錘擊配重，產(chǎn)生振動，加速度傳感器采集振動 信息，將所述信息通過數(shù)據(jù)采集器與信號分析軟件獲得時域信號和頻域信號，求得該羽毛 球拍拍桿的固有頻率。
[0044] 2)根據(jù)公式￡/ =，η?'π?'.計算羽毛球拍桿的抗彎剛度ΕΙ，其中m為配重和附加 12 裝置質(zhì)量，1為拍桿的跨度，f為系統(tǒng)的固有頻率，EI抗彎剛度的單位為（N · m2);
[0045] 3)根據(jù)設(shè)定的測量指標(biāo)，對羽毛球的軟硬度進(jìn)行評定，由現(xiàn)行彈性測試法知，當(dāng)拍 桿加壓P = 250N力時，拍桿變形115-120mm為硬；120-125mm為稍硬；125-130mm為適中； 130-135mm為稍軟；135-140mm為軟。根據(jù)設(shè)定的測量指標(biāo)，對羽毛球的軟硬度進(jìn)行評定，， 即可制定軟硬度測量指標(biāo)如下：
[0046] 當(dāng)EI e [3. 5-4. 0)時，拍桿為硬，當(dāng)EI e [3. 0-3. 5)時，拍桿為稍硬；當(dāng) e [2. 5-3. 0)時，拍桿為適中，當(dāng)EI e [2. 0-2. 5)時拍桿為稍軟，當(dāng)EI e [1. 5-2. 0)時，拍 桿為軟。以下給出三只球拍的具體測試結(jié)果，如表1所示：
[0047] 表1.三只球拍抗彎剛度EI的測試結(jié)果
[0048]
[0049] 本發(fā)明以振動試驗法中抗彎剛度來標(biāo)定羽毛球拍桿的軟硬度，不涉及拍桿的截面 形狀和尺寸，可回避桿內(nèi)徑尺寸的測量難題，并解決彈性測試法中拍桿變形難以測準(zhǔn)，以及 拍桿的大撓度變形等問題。此方法科學(xué)、準(zhǔn)確、操作簡單可以應(yīng)用于今后的測試和標(biāo)定羽毛 球拍桿軟硬度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法，其特征在于包括如下步驟 1) 將羽毛球拍拍桿兩端鉸支，羽毛球拍桿跨度為1，將配重懸掛在拍桿跨中，并將加速 度傳感器布置在配重上，用力錘擊配重，產(chǎn)生振動，加速度傳感器采集振動信息，將所述信 息通過數(shù)據(jù)采集器與信號分析軟件獲得時域信號和頻域信號，求得該羽毛球拍拍桿的固有 頻率； 2) 根據(jù)公式計算羽毛球拍桿的抗彎剛度EI，其中m為配重和附加裝置質(zhì) 量，1為拍桿的跨度，f為系統(tǒng)的固有頻率，EI抗彎剛度的單位為（N?m2); 3) 根據(jù)設(shè)定的測量指標(biāo)，對羽毛球的軟硬度進(jìn)行評定，制定軟硬度測量指標(biāo)如下： 當(dāng)ElG[3. 5-4. 0)時，拍桿為硬，當(dāng)ElG[3. 0-3. 5)時，拍桿為稍硬；當(dāng)G[2. 5-3. 0) 時，拍桿為適中，當(dāng)ElG[2. 0-2. 5)時拍桿為稍軟，當(dāng)ElG[1.5-2. 0)時，拍桿為軟。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法，其特征在于步驟1)中確定 羽毛球拍拍桿跨度設(shè)定為200-230mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及羽毛球拍拍桿的軟硬度測試方法，包括如下步驟1）將羽毛球拍拍桿兩端鉸支，羽毛球拍桿跨度為l，將配重懸掛在拍桿跨中，并將加速度傳感器布置在配重上，用力錘擊配重，振動信號通過加速度傳感器，數(shù)據(jù)采集器及信號分析軟件，獲得時域信號和頻域信號，求得該羽毛球拍拍桿的固有頻率；2）根據(jù)公式？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？，計算羽毛球拍桿的抗彎剛度EI，其中m為配重和附加裝置質(zhì)量，l為拍桿的跨度，f為系統(tǒng)的固有頻率；3）根據(jù)設(shè)定的指標(biāo)，對羽毛球的軟硬度進(jìn)行評定。有益效果為：不涉及拍桿的截面形狀和尺寸以及拍桿材料性能，可回避桿內(nèi)徑尺寸的測量難題，并解決彈性測試法中拍桿變形難以測準(zhǔn)，以及拍桿的大撓度變形等問題。該方法科學(xué)、準(zhǔn)確，操作簡單，可以應(yīng)用于今后的測試和標(biāo)定羽毛球拍桿軟硬度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
【IPC分類】G01M7/02
【公開號】CN105092193
【申請?zhí)枴緾N201510430843
【發(fā)明人】林青, 王猛, 陳磊, 鄭梅生, 蔣本浩
【申請人】南京林業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月21日