CN105092193A - 一种羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法，包括如下步骤1）将羽毛球拍拍杆两端铰支，羽毛球拍杆跨度为l，将配重悬挂在拍杆跨中，并将加速度传感器布置在配重上，用力锤击配重，振动信号通过加速度传感器，数据采集器及信号分析软件，获得时域信号和频域信号，求得该羽毛球拍拍杆的固有频率；2）根据公式，计算羽毛球拍杆的抗弯刚度EI，其中m为配重和附加装置质量，l为拍杆的跨度，f为系统的固有频率；3）根据设定的指标，对羽毛球的软硬度进行评定。有益效果为：不涉及拍杆的截面形状和尺寸以及拍杆材料性能，可回避杆内径尺寸的测量难题，并解决弹性测试法中拍杆变形难以测准，以及拍杆的大挠度变形等问题。该方法科学、准确，操作简单，可以应用于今后的测试和标定羽毛球拍杆软硬度的行业标准。

Description

一种羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法

技术领域

本发明涉及羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法，尤其涉及一种羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法。

背景技术

目前，羽毛球拍杆的软硬度测试方法为弹性测试法(QB/T2770-2006)，其测试方法为：取球拍杆的一段，根据球拍中段的施力点的位移大小确定拍杆的软硬度。此方案的缺点是产生的位移距离难以测准，若以抗弯刚度EI来标定羽毛球拍杆的软硬度，力学概念明确且能综合考虑杆的结构尺寸、材料性能等。

现有的测试方案有诸多不足，一是软硬度涉及羽毛球拍杆的结构尺寸、材料性能、形状等因素；二是挠度测试法中，羽毛球拍杆的变形难以测准；三是现行测试方法涉及羽毛球拍杆的大挠度变形问题。

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法，将羽毛球拍杆简化成一个单自由度弹簧质量系统，通过实测系统的固有频率，运用振动力学和材料力学理论推导出羽毛球拍杆的抗弯刚度公式，计算出抗弯刚度值，该方法更为方便、准确，可作为测定羽毛球拍杆软硬度的标准方法，具体由以下技术方案实现：

所述羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法，包括如下步骤：

1)将羽毛球拍拍杆两端铰支，羽毛球拍杆跨度为l，将配重悬挂在拍杆跨中，并将加速度传感器布置在配重上，用力锤击配重，产生振动，加速度传感器采集振动信息，将所述信息通过数据采集器与信号分析软件获得时域信号和频域信号，求得该羽毛球拍拍杆的固有频率；

2)根据公式计算羽毛球拍杆的抗弯刚度EI，其中m为配重和附加装置质量，l为拍杆的跨度，f为系统的固有频率，EI抗弯刚度的单位为(N·m²)；

3)根据设定的测量指标，对羽毛球的软硬度进行评定，制定软硬度测量指标如下：

当EI∈[3.5-4.0)时，拍杆为硬，当EI∈[3.0-3.5)时，拍杆为稍硬；当∈[2.5-3.0)时，拍杆为适中，当EI∈[2.0-2.5)时拍杆为稍软，当EI∈[1.5-2.0)时，拍杆为软。所述羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法的进一步设计在于，步骤1)中截取的羽毛球拍拍杆跨度设定为200-230mm。

本发明的优点如下：

本发明以振动试验法中抗弯刚度来标定羽毛球拍杆的软硬度，不涉及拍杆的截面形状和尺寸，可回避杆内径尺寸的测量难题，并解决弹性测试法中拍杆变形难以测准，以及拍杆的大挠度变形等问题。该方法基于材料力学与线性振动学，科学、准确；另一方面，操作简单只需将配重安装在拍杆上并轻轻锤击配重，使其发生纵向振动，读取固有频率，计算到抗弯刚度EI即可，可以应用于今后的测试和标定羽毛球拍杆软硬度的行业标准。

附图说明

图1为单自由度的弹簧质量系统的简化模型。

图2为单自由度的弹簧质量系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

本发明通过将羽毛球拍杆简化成一个弹性元件，设计成单自由度的弹簧质量系统，其简化模型如图2所示。

为了获得羽毛球拍杆的刚性系数k，现将其简化成单自由度的弹簧质量系统，设配重质量为m。

设砝码质量m(包括配重等)，弹簧的静伸长为λ，则

$\mathrm{\λ}=\frac{mg}{k}---\left(1\right)$

以平衡位置为原点，由牛顿定律可知m的运动方程为

$m\stackrel{\·\·}{x}=mg-k(\mathrm{\λ}+x)---\left(2\right)$

将公式(1)代入公式(2)中，得

$m\stackrel{\·\·}{x}+kx=0---\left(3\right)$

令可得单自由度无阻尼系统自由振动运动微分方程为

$\stackrel{\·\·}{x}+p^{2}x=0---\left(4\right)$

设方程的特解为x＝e^st，代入方程(4)，特征方程为s²+p²＝0，解得s₁＝ip，s₂＝-ip。

应用欧拉公式： $\cos pt=\frac{e^{ipt}+e^{-ipt}}{2},\sin pt=\frac{e^{ipt}-e^{-ipt}}{2i},$ 可求得方程的通解为

x＝Ccospt+Dsinpt(5)

根据初始条件：t＝0时，可求得因此(5)可写为

$x=x_0\cos pt+\frac{\stackrel{\·}{x_0}}{p}\sin pt---\left(6\right)$

或表示为x＝Asin(pt+a)(7)

式中，

$A=\sqrt{x_0^2+{\left(\frac{\stackrel{\·}{x_0}}{p}\right)}^2},a={\tan }^{-1}\frac{{\mathrm{px}}_0}{\stackrel{\·}{x_0}},p=2\mathrm{\π}f,f=\frac{1}{T}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{m}}$

A---振幅；p---圆频率；T---周期；f---频率；α---初相位角

则动刚度系数为

k＝4π²f²m(8)

由材料力学知，等截面简支梁中点作用载荷P＝mg，梁中点的静挠度为

$\mathrm{\Δ}=\frac{{\mathrm{mgl}}^3}{48EI}---\left(9\right)$

由公式(9)，可得羽毛球拍杆的刚度系数为

$k=\frac{P}{\mathrm{\Δ}}=\frac{48EI}{l^3}---\left(10\right)$

将公式(8)、(10)联立，得羽毛球拍杆的抗弯刚度公式

$EI=\frac{{\mathrm{mf}}^2{\mathrm{\π}}^2{l}^3}{12}---\left(11\right)$

由公式(11)知，只需测出弹簧质量系统的固有频率，就能计算出羽毛球拍杆的抗弯刚度EI。而羽毛球拍杆的抗弯刚度EI反比于拍杆的变形挠度。抗弯刚度越大，羽毛球拍杆挠度越小，拍杆越硬；抗弯刚度越小，则拍杆的挠度越大，拍杆越软。与现行弹性测试法相比，用抗弯刚度来标定羽毛球拍杆的软硬度，更加的科学、精确。

以下基于上述测量原理给出一具体测量方法的实施方式，具体包括如下步骤：

1)羽毛球拍拍杆两端铰支，羽毛球拍杆跨度为l，将配重悬挂在拍杆跨中，并将加速度传感器布置在配重上，如图1所示。用力锤击配重，产生振动，加速度传感器采集振动信息，将所述信息通过数据采集器与信号分析软件获得时域信号和频域信号，求得该羽毛球拍拍杆的固有频率。

2)根据公式计算羽毛球拍杆的抗弯刚度EI，其中m为配重和附加装置质量，l为拍杆的跨度，f为系统的固有频率，EI抗弯刚度的单位为(N·m²)；

3)根据设定的测量指标，对羽毛球的软硬度进行评定，由现行弹性测试法知，当拍杆加压P＝250N力时，拍杆变形115-120mm为硬；120-125mm为稍硬；125-130mm为适中；130-135mm为稍软；135-140mm为软。根据设定的测量指标，对羽毛球的软硬度进行评定，，即可制定软硬度测量指标如下：

当EI∈[3.5-4.0)时，拍杆为硬，当EI∈[3.0-3.5)时，拍杆为稍硬；当∈[2.5-3.0)时，拍杆为适中，当EI∈[2.0-2.5)时拍杆为稍软，当EI∈[1.5-2.0)时，拍杆为软。以下给出三只球拍的具体测试结果，如表1所示：

表1.三只球拍抗弯刚度EI的测试结果

本发明以振动试验法中抗弯刚度来标定羽毛球拍杆的软硬度，不涉及拍杆的截面形状和尺寸，可回避杆内径尺寸的测量难题，并解决弹性测试法中拍杆变形难以测准，以及拍杆的大挠度变形等问题。此方法科学、准确、操作简单可以应用于今后的测试和标定羽毛球拍杆软硬度的行业标准。

Claims (2)

1.一种羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法，其特征在于包括如下步骤

1)将羽毛球拍拍杆两端铰支，羽毛球拍杆跨度为l，将配重悬挂在拍杆跨中，并将加速度传感器布置在配重上，用力锤击配重，产生振动，加速度传感器采集振动信息，将所述信息通过数据采集器与信号分析软件获得时域信号和频域信号，求得该羽毛球拍拍杆的固有频率；

2)根据公式计算羽毛球拍杆的抗弯刚度EI，其中m为配重和附加装置质量，l为拍杆的跨度，f为系统的固有频率，EI抗弯刚度的单位为(N·m²)；

3)根据设定的测量指标，对羽毛球的软硬度进行评定，制定软硬度测量指标如下：

当EI∈[3.5-4.0)时，拍杆为硬，当EI∈[3.0-3.5)时，拍杆为稍硬；当∈[2.5-3.0)时，拍杆为适中，当EI∈[2.0-2.5)时拍杆为稍软，当EI∈[1.5-2.0)时，拍杆为软。

2.根据权利要求1所述的羽毛球拍拍杆的软硬度测试方法，其特征在于步骤1)中确定羽毛球拍拍杆跨度设定为200-230mm。