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Dynamische Untersuchung zum Einfluss des Inflationsdrucks bei Sportbällen
Im dynamischen Bereich der Sporttechnologie und -technik achten Ingenieure besonders auf die in Geräten gespeicherte und verlorene Energie. Aufblasbare (und feste) Bälle werden häufig durch einen Restitutionskoeffizienten bestimmt, der die Wechselwirkung zwischen dem Ball und einer starren Platte beschreibt. Die richtigen dynamischen Eigenschaften werden durch sorgfältige Auswahl von Materialien, Konstruktion und Luftdruck erreicht. Nachdem der Ball das Werk verlässt, bleiben Materialien und Konstruktion relativ konstant, der Innendruck bleibt jedoch dem Ermessen des Athleten überlassen, der lediglich eine Empfehlung erhält. Es wurde eine Studie durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen Über- und Unterdruck und Energieverlust bei verschiedenen Verformungsgraden zu beobachten.
Mit einer HST-Prüfmaschine, ausgestattet mit leichten Kompressionsplatten, wurden ganze Bälle komprimiert. Während der Studie wurden viele verschiedene Arten von Bällen getestet (Fußball, Volleyball, Futsol, Netball, Volleyball, Rhythmische Sportgymnastik), und die Ergebnisse eines Basketballs werden hier präsentiert. Jede Kugel wurde zyklisch mit einer konstanten Frequenz und einer Amplitude von 5 mm um das mittlere Niveau der anfänglichen Verschiebung herum komprimiert, die wir anschließend in Schritten von 5 mm erhöhten. Die Bewegung wurde mit digitaler Encodersteuerung innerhalb der HST Dynamic Testing Software vorgegeben. Jeder Ball wurde bei drei Drücken getestet:
Der „nominale“ Druck lag in der Mitte des auf dem Ball angegebenen Bereichs
Der Unterdruck war 25 % niedriger als der Nennwert
Der Überdruck der Kugeln lag 25 % über dem Nennwert
Kraft-Weg-Kurven wurden aus dem letzten Zyklus (20.) bei jeder anfänglichen Verschiebung erstellt. Die Differenz zwischen den numerisch integrierten Lade- und Entladekurven ergab den Energieverlust in jedem Kompressionszyklus. Die dargestellte Grafik zeigt das Verhältnis der verlorenen Energie zur in das System eingeführten Energie in den verschiedenen Zyklen. Der größere Balken weist auf einen höheren relativen Energieverlust hin.
Der richtig aufgeblasene Ball, dargestellt durch die grünen Balken, verliert von den drei getesteten Druckbeaufschlagungen die geringste Energiemenge. Der höhere Energieverlust des zu wenig aufgepumpten Balls kann auf das Zusammenspiel zwischen Biegung und sphärischen Verformungen in der Ebene (Ringdehnungen) der Platten zurückgeführt werden. Bei hohen Drücken ist der Ball im Wesentlichen vorbelastet und die Platten erfahren eine größere Belastungsspanne, die möglicherweise den elastischen Bereich verlässt. Bei hyperelastischen Materialien überrascht es nicht, dass bei höheren Dehnungen mehr Energie verloren geht. Dynamische Kompressionstests am gesamten Ball geben Aufschluss über die Rolle des Innendrucks in Sportbällen. Schnelle Studien wie diese helfen dabei, das globale Ballverhalten zu quantifizieren und schlagen neue Bereiche für weitere Forschung vor.
Mit einer HST-Prüfmaschine, ausgestattet mit leichten Kompressionsplatten, wurden ganze Bälle komprimiert. Während der Studie wurden viele verschiedene Arten von Bällen getestet (Fußball, Volleyball, Futsol, Netball, Volleyball, Rhythmische Sportgymnastik), und die Ergebnisse eines Basketballs werden hier präsentiert. Jede Kugel wurde zyklisch mit einer konstanten Frequenz und einer Amplitude von 5 mm um das mittlere Niveau der anfänglichen Verschiebung herum komprimiert, die wir anschließend in Schritten von 5 mm erhöhten. Die Bewegung wurde mit digitaler Encodersteuerung innerhalb der HST Dynamic Testing Software vorgegeben. Jeder Ball wurde bei drei Drücken getestet:
Der „nominale“ Druck lag in der Mitte des auf dem Ball angegebenen Bereichs
Der Unterdruck war 25 % niedriger als der Nennwert
Der Überdruck der Kugeln lag 25 % über dem Nennwert
Kraft-Weg-Kurven wurden aus dem letzten Zyklus (20.) bei jeder anfänglichen Verschiebung erstellt. Die Differenz zwischen den numerisch integrierten Lade- und Entladekurven ergab den Energieverlust in jedem Kompressionszyklus. Die dargestellte Grafik zeigt das Verhältnis der verlorenen Energie zur in das System eingeführten Energie in den verschiedenen Zyklen. Der größere Balken weist auf einen höheren relativen Energieverlust hin.
Der richtig aufgeblasene Ball, dargestellt durch die grünen Balken, verliert von den drei getesteten Druckbeaufschlagungen die geringste Energiemenge. Der höhere Energieverlust des zu wenig aufgepumpten Balls kann auf das Zusammenspiel zwischen Biegung und sphärischen Verformungen in der Ebene (Ringdehnungen) der Platten zurückgeführt werden. Bei hohen Drücken ist der Ball im Wesentlichen vorbelastet und die Platten erfahren eine größere Belastungsspanne, die möglicherweise den elastischen Bereich verlässt. Bei hyperelastischen Materialien überrascht es nicht, dass bei höheren Dehnungen mehr Energie verloren geht. Dynamische Kompressionstests am gesamten Ball geben Aufschluss über die Rolle des Innendrucks in Sportbällen. Schnelle Studien wie diese helfen dabei, das globale Ballverhalten zu quantifizieren und schlagen neue Bereiche für weitere Forschung vor.
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