高级材料在网球上进亚博网站下载行

涵盖了主题

概述

亚博网站下载材料进化

木制和铝制球拍

纤维增强复合材料

设计方面

阻尼特性

网球肘

“感觉” v缩减

压电 - 未来？

概述

亚博网站下载材料技术在游戏历史上发挥了至关重要的，最近有争议的作用，尤其是在现代时代，随着强大的复合球拍的出现。但是，尽管安德烈·阿加西（Andre Agassi）之类的人可以使用茶托盘击败我们大多数人，但对于普通玩家来说，现代球拍提供了一系列好处，例如超大的甜蜜斑点和有效的振动阻尼，使游戏更具吸引力。实际上，新技术可能导致有效消除振动。

亚博网站下载材料进化

木制和铝制球拍

第一个球拍是由灰烬，枫木和Okume等木材的固体区域制成的。但是，这些材料的各向异性性质需要改变球拍结构为层压结构，从而使球拍的刚度和强度在平亚博网站下载行和垂直于其主轴的方向上增加。尽管采用层压板显着提高了球拍的性能，但吸水问题，导致结构的明显翘曲，因此性能可变。

在1970年代，铝制框架提供了增加的刚度和减少的质量，这取得了短暂的成功。但是，在十年末，引入了新的连续纤维复合材料，以迅速取代铝作为框架材料。这些复合材料中的第一种由聚酯树脂基质中的玻璃纤维组成，后来亚博网站下载的球拍继续涵盖了环氧树脂矩阵中的各种碳纤维。

纤维增强复合材料

铝的短暂成功归因于许多因素。玻璃和碳纤维复合材料都比铝具有更高的特异性刚度（模量/密度），因此由复合材料制成的球拍可能会更轻，尤其是在碳纤维的情况下。连续纤维可以编织成各种编织样式，从而增加了对球拍特征的控制。例如，单向纤维沿主球拍轴掺入以实现高弯曲刚度，而0/90°编织在±45°以占据±45°，以获得高剪切强度和刚度（图1）。使用各种纤维等级，每个纤维等级都具有不同的强度和刚度。这些纤维与环氧树脂矩阵结合，通常包含一个或多个特性修饰剂，例如橡胶颗粒和热塑性塑料，从而增加树脂的韧性。yabo214

除了这些优势外，复合球拍的疲劳性能优于铝制构建体。对铝制球拍的测试表明，刚度在6000次影响下发生明显降低，而碳纤维球拍的刚度变化约为50,000后4％。铝衰减的另一个重要因素是框架材料的比较阻尼特性，铝的阻尼容量低于复合材料，这对玩家的健康具有影响。亚博网站下载

图1。（a）a 0/90°浸渍布和（b）单向层压板和0/90°斜纹层压板

设计方面

阻尼特性

网球拍框架的阻尼特性非常重要。当球击球时，球拍谐振模式在框架和字符串中感到兴奋，并且这些模式被球员通过手柄振动而感受到这些模式。玩家感知的振动水平取决于几个因素。例如，球拍的模态响应取决于球拍面上的下落。弦上有一个被称为“甜点”的区域，其中模态密度低。打击该区域的球几乎没有模式，玩家几乎没有振动。但是，如果一个球击中该区域以外的球，则所得的框架振动显着增加，并且这些振动传播到球拍的手柄的程度由框架材料的阻尼能力确定。亚博网站下载

网球肘

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如果将过多的振动从手柄传播到玩家的手和手臂，疼痛状态称为外侧上环炎或“网球肘”。网球肘影响约有45％的经常打球的人，这对于初学者来说是一个特别的问题，他们经常发现击球更加困难。击中模态密度较高的最佳区域以外的区域具有增加手动传递的振动量的作用，从而收紧了球拍上的手柄上的握力，以补偿和加剧问题。

由于铝的阻尼能力较低，因此在1970年代使用铝制球拍的玩家的手和手臂的振动很高，报道的网球肘部病例的数量增加了。玻璃和碳纤维复合材料均表现出比铝更高的阻尼能力，而在环氧树脂基质中，橡胶韧性修饰剂进一步增加了阻尼。

“感觉” v缩减

尽管过多的振动会导致网球肘，但重要的是，球员可以感觉到球的影响。完全消除振动将导致影响信息的丧失，并相应地减少玩家对影响特征的看法。阻尼振动可能会产生更安全的球拍，但也可能产生一个无用的振动，没有任何信息和“感觉：球拍设计的研究现在正在尝试平衡阻尼的健康益处与球拍的表现。

已经进行了各种尝试来控制发射的振动，从绳子阻尼器的附着到缓冲的握把胶带。虽然研究表明，绳子阻尼器的效果可以忽略不计，并且使用缓冲的握把可以将发射的振动降低50％，但没有一个测量值考虑到手和手臂对振动响应和振动响应的影响和振动的振动，球拍。

框架的阻尼能力是另一个关键因素。可以增加球的反弹速度，而传递到球拍的机械能可以通过增加阻尼来减少转移到球员的最大力。但是，研究再次没有考虑到手臂系统。

球对球拍的影响引发了一系列事件。冲击的性质和框架的材料选择决定了球拍的模态响应以及振动向手柄的传播程度。玩家感知的振动水平决定了它们所施加的握力，这又决定了传递给手和前臂的振动水平以及网球肘的发生率。

压电 - 未来？

网球拍演变的下一步可能是包含能够控制框架振动的压电材料。亚博网站下载滑雪技术的进步已经导致滑雪板表面附着的压电材料。亚博网站下载目前，这些材料以一种被动的方式起作亚博网站下载用。压电板通过将机械振动转换为通过分流电路消散的电能来具有阻尼效果。未来的可能性可能是将被动构型转换为活动形式，在该形式中，通过倒置在手柄中位于压电的电动执行器上的电信号来感测框架中的振动，然后取消。甚至可能是这项技术最终导致根除网球肘。

主要作者：迈克·詹金斯博士

资料来源：材料世亚博网站下载界

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