Pingpong labda ütésének vizsgálata gyorskamerával és végeselemes szimulációval
Napjainkban a versenysportokban használt felszerelések, eszközök ugrásszerű technikai fejlődésen mentek keresztül, megjelentek és meghatározóvá váltak például a kompozit kerékpárvázak, az egész testet fedő úszódresszek. Ezek célja ugyanaz: a sportoló teljesítményének még hatékonyabb kiaknázása, hiszen akár 1-2%-os teljesítményjavulás a győzelmet jelentheti. Ez a technikai fejlődés természetesen az asztaliteniszben is megtalálható. A profi sportoló saját maguk készítik el ütőiket, melyekhez a gumilapot és a szivacsot is külön szerzik be. Ezen borításokat mechanikai tulajdonságaik szerint válogatják össze, így készülhetnek el támadóbb, illetve védekezőbb stílusú pingpongütők.
A dolgozatban pingpong labda és ütő ütközési tényezőjét vizsgáltam kísérleti úton és numerikus szimulációval. Gyorskamerás mérési sorozatokat végeztem különböző becsapódási sebességeknél ejtési kísérletek és egy átalakított airsoft golyólövő segítségével. Az elkészült videók kiértékelését saját Python környezetben készített képfeldolgozó algoritmussal elemeztem. A labda ütközés előtti és utáni sebességének, valamint a kamera síkjára merőleges szögsebesség meghatározását követően, megállapítottam a pingpong labda és az ütő ütközési tényezőjének sebességfüggését.
A kísérleti eredményeket végeselemes szimulációk segítségével ellenőriztem. Az ütő anyagának pontos mechanikai leírásához, a pingpongütő két rétegén (gumilap és szivacs) relaxációs vizsgálatokat végeztem, majd illesztettem az alapanyag mechanikai viselkedését legjobban jellemző, ún. időfüggő viszko-hiperelasztikus anyagparamétereket [1, 2]. Végül, az ABAQUS kereskedelmi végeselemes szoftverben [3] vizsgáltam az ütközés egyszerűsített végeselemes szimulációját, amelyek eredményét a gyorskamerás felvételek alapján értékeltem.
A dolgozat eredményeként becslést adhatunk a pingpong labda és ütő közötti ütközés lefolyására, amely segítséget nyújthat abban, hogy megfelelően válasszuk meg az ütő geometriai méreteit és a felhasznált anyagokat, ezáltal fontos teljesítménynövekedést érjünk el a játék során.
Irodalom:
1. Berezvai, Sz., Kossa, A.: Closed-form solution of the Ogden–Hill’s compressible hyperelastic model for ramp loading, Mechanics of Time-dependent Materials , 21, pp. 263-286, 2017
2. Lionel Manin, Renaud Rinaldi, Clément Bonnard, Adeline Drillon, Hugo Lourenco, et al.. Non Linearity of the Ball/Rubber Impact in Table Tennis: Experiments and Modeling. Procedia Engineering, Elsevier, 2016, 147, pp.348 - 353.
3. Dassault Systèmes. Abaqus, version 2016. URL: www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/
