前面!通过模拟分析高尔夫球的性能

2021年8月25日

轮播,烟花和游乐场设备只是纪录片节目中突出显示的一些产品这个怎么做的。一个特殊的情节是如何制作高尔夫球的。这是一个令人着迷的过程,涉及橡胶板,钢鼓,压缩模具等。看完这个剪辑后,我受到启发,了解有关高尔夫球技术的更多信息。在今天的博客文章中,我们将探讨高尔夫球的演变以及模拟在高尔夫球设计的未来中的作用。

高尔夫球的演变

每年大约12亿高尔夫球是在全球制造的。它们具有多种样式和设计,包括:

  • 一件仅由一种类型的材料组成,通常是Surlyn®。它们被用于微型高尔夫球场和驾驶范围。
  • 两块,具有实心橡胶芯和塑料外壳。它们是日常高尔夫球手的首选。
  • 三块,其中包含一个核心,软橡胶地幔和外层。经验丰富的高尔夫球手希望对自己的射门进行更多控制权,使用这个球。
  • 四件,由三个橡胶层和硬外层制成。它们比大多数高尔夫球更昂贵,并且通常由具有快速挥杆的专业人员使用。
  • 五片,其中包含四个橡胶层,这些橡胶层包裹在氨基甲酸酯盖中。它们相对较新,是专业高尔夫球手的热门选择。

在混凝土表面上的小型高尔夫球俱乐部和高尔夫球的照片。
一个7铁俱乐部和两人高尔夫球。

尽管它们在许多方面有所不同,但五个主要类型的高尔夫球有一些共同点:覆盖其圆形表面的酒窝。但是,情况并非总是如此。我们今天知道的高尔夫球已经经历了许多设计变化。让我们简要探索五个不同的阶段在高尔夫球的演变中。

1.木制

人们普遍认为,高尔夫的现代游戏起源于15Th苏格兰世纪。但是,关于第一个高尔夫球的制造有很多争论。许多说法说,它们是用硬木雕刻而成的,例如山毛榉和盒子树,而其他人则不相信,因为几乎没有证据支持这一理论。

不管是第一个高尔夫球是用硬木制成的,都可以肯定的是:木制高尔夫球将使高尔夫球差。他们将具有平庸的飞行能力,这主要是由于重量。

2.毛茸茸的

接下来是毛茸茸的。这种类型的球最初是在荷兰制造的,并进口到苏格兰。它是由一个充满的圆形皮革壳制成的牛头发或稻草。由于价格合理,它一直是高尔夫球的流行选择已有300多年了。

3.羽毛

羽毛球是​​在17初开发的Th世纪。它类似于毛茸茸的,但充满了鹅或鸡羽毛而不是头发。为了构建羽毛,高尔夫球制造商会塞满一块湿的皮革和湿羽毛。当羽毛干燥时,它们膨胀了,当皮革干燥时,它会萎缩。这使高尔夫球高度紧凑且密集。一些帐户说它有特征直到最近才由现代高尔夫球匹配

羽毛的缺点是它们非常昂贵。一个羽毛的成本可能从今天的货币$ 10至20美元

一张白色表面上的6张羽毛高尔夫球的照片。
六个羽毛状高尔夫球。GENI的图像 - 自己的作品。在下面许可的图像GNU免费文档许可证, 通过Wikimedia Commons

4.肮脏

1848年,罗伯特·亚当斯·帕特森(Robert Adams Paterson)开发了肮脏的糟糕或古塔·佩奇(Gutta-Percha)球,这改变了高尔夫球的设计。它采用了由sapodilla树的干汁制成的球体。与Featherie相比,肮脏的事情不能飞得很远,但价格更便宜得多,使更多的人可以参加高尔夫比赛。

当使用肮脏时,高尔夫球手很快注意到了一些奇怪的东西:标记时球的表现更好。这一发现导致高尔夫球制造商有意将凹痕缩进到他们正在设计的球中,通常在荆棘图案(或类似于浆果表面的图案)。

5.哈斯克尔

无聊是如何导致高尔夫球设计下的下一个重大突破?在1898年等待朋友的同时,科本·哈斯克尔(Coburn Haskell)将橡胶线绑在球形的形状中,全神贯注于他的时间。当他弹跳时,他的飞行能力令人吃惊。他的朋友Bertram G. Work建议他在其中添加了掩护,因此Haskell诞生了。

Haskell的早期版本是由液体或固体芯制成的,橡胶线层以及由Balata汁制成的盖子。像肮脏的一样,他们的表面上也有紫红色的图案。但是,当人们得知颠倒酒窝时,情况发生了变化给球一个更好的飞行模式。哈斯克尔为我们今天所知的高尔夫球铺平了道路。

高尔夫球的未来

可以公平地说,高尔夫球从头发,羽毛和汁液制成的路已经很长了。但是高尔夫球的演变还没有结束。制造商一直在研究改善高尔夫球空气动力学和机械性能的方法。

与过去的高尔夫球制造商不同,工程师和设计师现在可以使用仿真来分析各种层,材料,凹坑数量,大小等的高尔夫球的性能。让我们在今天的博客文章中探讨一个例子…

建模高尔夫俱乐部对高尔夫球的影响

正如我们在高尔夫球教程模型的影响分析中所证明的那样,工程师可以分析高尔夫俱乐部使用模拟击中高尔夫球的机械影响。粘性惩罚公式可用于模拟两个对象之间的接触,这有助于稳定动态事件。该模拟仅查看2毫秒的时间段,因为它仅着眼于俱乐部击球的影响。

单击以查看行动中高尔夫球教程模型的影响分析!

模型概述

建模的高尔夫球俱乐部的尺寸基于7铁,带有34°阁楼。俱乐部头宽约9厘米,脚趾高6厘米,高3.5厘米,靠近轴。该模型假设该俱乐部是由钢制成的,并且具有以下特性:

  • 密度:7850 kg/m3
  • 扬的模量:200 GPA
  • 泊松比:0.3

高尔夫球是高度受监管的运动器材。因此,在建模时,我们确保了高尔夫球与高尔夫规则由R&A和美国高尔夫协会(USGA)建立。模型的高尔夫球直径为42.67毫米;由3层(一个内核,地幔和外壳)制成;并在其外表面上有362个酒窝。球的所有部分都用新的 - 胡克人的热弹性材料模型来描述,并且内芯和地幔也具有粘弹性。全部,球重45.93克。

在下面,您可以查看俱乐部和高尔夫球的几何形状。

7号铁色高尔夫俱乐部和三件式高尔夫球的模型几何形状。
教程模型中7铁和三件高尔夫球的几何形状。

结果

在下面,您可以在俱乐部对高尔夫球的影响之前,之中和之后看到模拟。当被Clubhead击中时,高尔夫球中会有大变形。通过观察高尔夫球上印刷的Comsol徽标的运动,我们还可以推断188金宝搏优惠出摩擦接触方式如何施加高尔夫球的旋转。该仿真预测自旋速率为6113 rpm。

四张图像的拼贴画显示了一个高尔夫球,在被高尔夫球杆击中之前,之中和之后,徽标上的徽标在每个时间步骤中都略微旋转。
高尔夫球的快照在被7铁击中之前,期间和之后。时间为0 ms(左上),0.15 ms(右上),0.30 ms(左下)和0.45 ms(右下)。

在下图中,大变形更加明显。

仿真结果显示,当被俱乐部击中,以comsol多物理学为模型并在彩虹色表中可视化时,高尔夫球的变形和压缩应变。188金宝搏优惠
高尔夫球的变形和在0.3 ms的球内第三主(压缩)应变的分布。

在下图中,我们可以在撞击期间看到俱乐部头和高尔夫球中速度的平均幅度。这使我们能够详细研究问题的运动学。由于俱乐部轴的灵活性,在撞击期间和之后,俱乐部头的速度降低了。撞击后,最初的145 km/h(〜90 mph)的杆头速度已转换为187 km/h(〜116 mph)的球速度。这导致所谓的粉碎因子约为1.3,与现代商业高尔夫球的性能相当。

线图绘制了带有蓝线和高尔夫球的俱乐部头部速度,并显示了绿线。
在模拟过程中,俱乐部头和球的速度。

接下来,让我们看一下模拟过程中高尔夫球中总弹性和动能的变化。在下图中,弹性和动能含量的峰值代表了杆头击中球的持续时间。撞击后,由于其核心的粘弹性特性,高尔夫球的弹性能量被抑制了。相比之下,其动能达到〜64J的恒定值。

一条线图绘制了用蓝线显示的总弹性能,并以绿线显示的动能,在被俱乐部击中之前,期间和之后,都为高尔夫球。
在被7铁击中之前,期间和之后,高尔夫球中的总弹性和动能。

下一步

了解如何通过从应用程序库下载文档和MPH文件来构建此处讨论的模型。

进一步阅读

阅读有关模拟的更多方法,可以用于分析运动和体育设备:

Surlyn是绩效材料NA Inc.的注册商标。


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布塔说
布塔说
2021年9月14日

感谢您对这个联系问题的解释;
对于球对板的影响,如何添加位移或球的负载,以及如何添加它们之间的接触?

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