冰壶运动轨迹计算机仿真论文

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1冰壶运动简介

冰壶运动是以队为单位在冰上进行的一种投掷性竞赛项目。投掷的冰壶为圆壶状，周长约为91.44厘米，高(壶的底部与顶部)11.43厘米，重量(包括壶柄和壶栓)最大为19.96公斤，冰壶底部和冰面相接触的部分是一个半径约为12.8至13.1厘米的圆环。冰壶所用场地是一个长44.5米、宽4.32米的冰道。场地冰面浇过平整的冰面后，还需要用喷头像冰面喷洒热水滴，保证冰面出现表面圆滑的凸起的小冰点，使冰壶的底面不能完全接触到冰面，并且冰面更粗糙，对冰壶的阻力更大。冰道的一端画有一个直径为1.83米的圆圈作为球员的发球区，被称作本垒。冰道的另一端也画有一圆圈，被称为营垒。在场地两端各装有一个斜面橡胶起蹬器。在冰壶场地前后两端各有一条蓝色的实线称为“前卫线”和“后卫线”。球员掷壶时，身体下蹲，蹬冰脚踏在起蹬器上用力前蹬，使身体跪式向前滑行，同时手持冰壶从本垒圆心推球向前，至前卫线时，放开冰壶使其自行以直线或弧线轨道滑向营垒中心。在一名队员掷球时，由两名本方队员手持毛刷在冰壶滑行的前方快速左右擦刷冰面使冰壶能准确到达营垒的中心或者将对方冰壶击打出得分区域。最后当双方队员掷完所有冰壶后，以场地上冰壶距离营垒圆心的远近决定胜负。

2运动学方程的建立

冰壶在冰面上滑行可以视为刚体的平面运动，可以将其分解为质心的平动和绕过质心轴的定轴旋转。以前卫线的中心为O，前卫线中线为x轴，垂直于x轴的是y轴，垂直与冰面的为z轴建立坐标系。

2.1旋转

冰壶的质量为m，开始时的角速度为，冰壶与冰面间的摩擦系数为μ，μ的大小与温度T有关，可表示成假设摩擦力是均匀分在整个低面圆盘上，故计算摩擦力矩时，应将圆盘分解为许多的以转轴为圆心的同心环来考虑。

3仿真系统结构

为了实现冰壶运动轨迹的仿真，根据前面所述的运动方程模型，需要先确定冰壶运动轨迹的一些参数。为此将冰壶运动轨迹仿真系统分成两部分，即基础参数设置和动态模拟。基础参数设置中分别输入初速度、初始角速度和温度。冰壶场地两营垒之间的距离近30米，所以在没有任何干扰的情况下，冰壶应可以自由滑行20米才是有可能到达营垒。

4结论

根据机械能量守恒理论建立的冰壶运动方程，从主观上验证了它的正确性，可以帮助运动员分析投掷冰壶时应以怎样的初速度和角速度投壶，才能有效的进入营垒。

作者：田雨 单位：沈阳体育学院