运动冲击范文-盘古文库

运动冲击范文

来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-19

运动冲击范文（精选6篇）

运动冲击第1篇

工程中有很多实际问题都和冲击相关联。如机构受到冲击时将产生一定的位置变化[1], 其构件所受载荷会显著增大, 甚至可能发生损坏[2]。又如在航天器对接中, 当追踪飞行器与目标飞行器对接时, 要产生冲击[3,4], 影响航天器对接成功。因此, 冲击 (包含碰撞) 是研究者们普遍关注的问题, 近年来关于该问题的理论与方法的研究[5,6,7,8]得到了进一步发展。

变胞机构构态变化时, 将出现改变构件数、改变运动副的情况, 常常发生冲击。因此, 控制变胞机构的冲击具有实际意义。求解变胞机构发生冲击后瞬间的速度是分析、控制冲击的重要基础。

在冲击发生瞬时的某个时间邻域内, 若将机械系统内的所有物体视为一个多体系统[9,10], 则冲击发生的瞬时系统的拓扑结构构态将发生变化。因此, 对一般多体系统的冲击问题的研究可归结为对变胞机构之构态发生转换瞬时的冲击运动研究。

1 变胞机构冲击运动的高斯最小约束原理

在分析力学中, 有所谓的质点系高斯 (Gauss) 最小约束原理。设 $\dot{x}^{(f)} (t_{0} - 0)$ 、 $\dot{x}^{(f)} (t_{0} + 0)$ 分别为质点f冲击发生瞬时 (t=t0) 之前、之后的速度, P (f) 为质点f在t0时所受的冲量 (由非约束力产生) 。由冲击运动的高斯最小约束原理[11], 对质点系有冲击运动约束量

$Ζ = \frac{1}{2} \sum_{f = 1}^{j} {m_{f} [\dot{x}^{(f)} (t_{0} + 0) - \dot{x}^{(f)} (t_{0} - 0) - \frac{Ρ^{(f)}}{m_{f}}]^{2}}$ (1)

式中, mf为质点f的质量;j为质点的数目。

为最小。

令dZ=0, 根据发生冲击前瞬间的速度 $\dot{x}^{(f)} (t_{0} - 0)$ 和所受冲量P (f) , 可以求出发生冲击后瞬间的速度 $\dot{x}^{(f)} (t_{0} + 0)$ 。

可以把一个刚性构件看作由无数个微元体组成, 对图1所示刚性变胞机构中构件Bk (k为构件的标号) 上的微元体Dk, 设 $\dot{x} (t_{p} - 0)$ 、 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 分别表示冲击发生瞬时之前、之后Dk的速度, 当变胞机构由构态p转换到构态p+1的瞬时 (t=tp) , 相对于其他可能的速度 $\dot{\bar{x}}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 来说, 对于真实的速度 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ , 构件的冲击运动约束量

$Ζ = \frac{1}{2} \int_{B_{k}} (W^{(k)} \cdot W^{(k)}) d (^{p} m_{k})$ (2)

为最小, 其中, 向量W (k) 为

$W^{(k)} = \dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) - \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0) - \frac{d (^{p} Ρ^{(k)})}{d (^{p} m_{k})}$ (3)

式中, d (pP (k) ) 为构件Bk上微元体Dk承受的冲量;d (pmk) 为微元体Dk的质量。

变胞机构构态变化时, 由于改变构件或运动副, 常常要发生冲击。对具有冲击运动的变胞机构, 当变胞机构由构态p转换到构态p+1的瞬时, 我们认为, 变胞机构的冲击运动约束量

$Ζ = \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} (W^{(k)} \cdot W^{(k)}) d (^{p} m_{k})$ (4)

式中, n为机构活动构件数。

为最小。

Z之所以被称为冲击运动约束量, 是因为不论系统的性质如何, 冲击发生后瞬间的真实运动都受制于Z这个量, 即真实运动使作用量Z为最小。

下面将证明, 冲击运动的高斯最小约束原理在变胞机构构态切换瞬间也是成立的。

令变胞机构由构态p转换到构态p+1的瞬时 (t=tp) , 微元体Dk可能的速度为

$\dot{\bar{x}}^{(k)} (t_{p} + 0) = \dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) + Δ \dot{x}^{(k)}$ (5)

式中, $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 为真实的速度; $Δ \dot{x}^{(k)}$ 为可能的速度改变。

则与可能速度、真实速度相对应的冲击运动约束量之差为

$\begin{array}{l} \bar{Ζ} - Ζ = \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} [\int_{B_{k}} (\bar{W}^{(k)} \cdot \bar{W}^{(k)}) d (^{p} m_{k}) - \\ \int_{B_{k}} (W^{(k)} \cdot W^{(k)}) d (^{p} m_{k}) = \\ \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} [\int_{B_{k}} (W^{(k)} + Δ \dot{x}^{(k)}) \cdot (W^{(k)} + Δ \dot{x}^{(k)}) d (^{p} m_{k}) - \\ \int_{B_{k}} (W^{(k)} \cdot W^{(k)}) d (^{p} m_{k})] = \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} (Δ \dot{x}^{(k)} \cdot W^{(k)}) d (^{p} m_{k}) + \\ \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} (Δ \dot{x}^{(k)} \cdot Δ \dot{x}^{(k)}) d (^{p} m_{k}) (6) \end{array}$

用质点f可能速度改变 $Δ \dot{x}^{(f)}$ 替代虚位移的质点系冲击运动基本方程[11]为

$\sum_{f = 1}^{j} [\dot{x}^{(f)} (t_{0} + 0) - \dot{x}^{(f)} (t_{0} - 0) - \frac{Ρ^{(f)}}{m_{f}}] \cdot Δ \dot{x}^{(f)} = 0 (7)$

$\begin{array}{l} \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} (Δ \dot{x}^{(k)} \cdot W^{(k)}) d (^{p} m_{k}) = \\ \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} [\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) - \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0) - \frac{d (^{p} Ρ^{(k)})}{d (^{p} m_{k})}] \cdot \\ Δ \dot{x}^{(k)} d (^{p} m_{k}) = 0 (8) \end{array}$

$\bar{Ζ} - Ζ = \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} (Δ \dot{x}^{(k)} \cdot Δ \dot{x}^{(k)}) d (^{p} m_{k}) > 0$ (9)

证毕。

根据高斯最小约束原理, 只要使

dZ=0 (10)

即可求得真实运动的速度 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 。

更进一步地, 由式 (4) 可将Z写为如下的形式:

$\begin{array}{l} Ζ = \sum_{k = 1}^{n} {Τ_{k} + Τ_{k 0} + \frac{1}{2} \int_{B_{k}} [\frac{d (^{p} Ρ^{(k)})}{d (^{p} m_{k})} \cdot \frac{d (^{p} Ρ^{(k)})}{d (^{p} m_{k})}] d (^{p} m_{k}) - \\ \int_{B_{k}} [\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) \cdot \frac{d (^{p} Ρ^{(k)})}{d (^{p} m_{k})}] d (^{p} m_{k}) - \\ \int_{B_{k}} [\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) \cdot \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0)] d (^{p} m_{k}) + \\ \int_{B_{k}} [\dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0) \cdot \frac{d (^{p} Ρ^{(k)})}{d (^{p} m_{k})}] d (^{p} m_{k})} (11) \end{array}$

式中, Tk、Tk0分别为冲击发生后和发生前瞬间, 构件Bk的动能。

将式 (11) 代入式 (10) , 且注意到式 (11) 中含 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 的项中, 积分号后是两个矢量的数量积, 等于两个矢量模的乘积再乘以两个矢量夹角的余弦, 可以得到关于真实速度 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 的方程:

$\begin{array}{l} \frac{\partial Τ_{k}}{\partial \dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)} - \int_{B_{k}} \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0) \cos α_{D} d (^{p} m_{k}) - \\ ^{p} Ρ^{(k)} \cos β_{D} = 0 k = 1, 2, \dots, n (14) \end{array}$

式中, αD为微元体Dk处 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 与 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0)$ 之间所夹锐角; βD为微元体Dk处 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 与d (pP (k) ) 之间所夹锐角。

因此, 若已知变胞机构冲击发生前瞬间的速度, 则用高斯最小约束原理或式 (14) 可求解变胞机构冲击发生后瞬间的速度。

现将式 (14) 加以变形, 使之更适合于变胞机构。

若变胞机构由构态p变换到构态p+1的瞬间, 系统的自由度为r, 则冲击刚刚发生后的瞬间, 系统的速度可用r个速度 (角速度) 量u1, u2, , ur来描述, 在冲击发生前的瞬间, 系统的速度用u10, u20, , ur0来描述。Tk、 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0)$ 为u1, u2, , ur的函数, Tk0、 $\dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0)$ 、pP (k) 为u10, u20, , ur0的函数。则式 (14) 变为

$\begin{array}{l} \frac{\partial \sum_{k = 1}^{n} Τ_{k}}{\partial u_{q}} - \frac{\partial \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} \dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) \cos β_{D} d (^{p} Ρ^{(k)})}{\partial u_{q}} - \\ \frac{\partial \sum_{k = 1}^{n} \int_{B_{k}} \dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0) \cos α_{D} d (^{p} m_{k})}{\partial u_{q}} = 0 (15) \end{array}$

k=1, 2, , n

式 (15) 可写成为如下的形式:

Fu-F0u0-P=0 (16)

u= (u1, u2, , ur) T

u0= (u10, u20, , ur0) T

式中, u、u0为r1阶速度 (角速度) 列阵;F、F0为rr阶质量矩阵, 其元素Fij、F0ij分别与u1, u2, , ur、u10, u20, , ur0有关;P为r1阶冲量列阵。

设变胞机构在由构态p变换到构态p+1的瞬间, 系统中还包含有s个约束:

或写成

E=0 (19)

E= (E1, E2, , Es) T

式中, E为s1阶约束列阵。

若用Lagrange乘子法处理上述约束, 则在机构构态发生变换时, 冲击发生后瞬间的速度u1, u2, , ur可用下式来求解:

式中, λ为s1阶Lagrange乘子列阵;Φ为Jacobian矩阵。

式 (20) 即为求解存在约束情况下变胞机构发生冲击后瞬间速度的方程式。在自由度数目大的情况下, 应用该式比式 (14) 、式 (15) 更容易求解变胞机构冲击发生后瞬间的运动速度u1, u2, , ur。

2 计算实例

在图2所示5杆变胞机构中, 滑块有水平运动和静止两种运动状态, 相应机构的自由度分别是1和2。由于在滑块运动和静止时, 杆3分别作平面运动和定轴转动, 运动性能不同。

在构态1, 机构自由度为2, 滑块4以速度vD0向左运动, 构件1以角速度ω1逆时针转动, 设vD0=1m/s, vB0=ω1lAB=2m/s;在图示位置, 滑块4与机架5合并, 机构处于构态2, 自由度为1。构件1、2、3、4的质量分别是m1、m2、m3、m4, 且m2=m3=2m4=2m1, l2=l3=2l1, α=30°, 求机构由构态1变换到构态2时发生冲击后瞬间的vB、vC。

机构发生冲击后瞬间的动能:

$Τ = \frac{m_{1}}{6} (3 v_{B}^{2} + 4 v_{B}^{2} + 2 v_{B} v_{C} \cos α)$ (22)

对构件1

$\int_{B_{1}} \dot{x}^{(1)} (t_{p} + 0) \cdot \dot{x}^{(1)} (t_{p} - 0) d (^{p} m_{1}) = \frac{2 m_{1}}{6} v_{B} v_{B 0} (23)$

对构件2

$\begin{array}{l} \int_{B_{2}} \dot{x}^{(2)} (t_{p} + 0) \cdot \dot{x}^{(2)} (t_{p} - 0) d (^{p} m_{2}) = \frac{2 m_{1}}{6} [2 v_{B 0} v_{B} + \\ 2 v_{C 0} v_{C} \cos (α - β) + v_{C 0} v_{B} \cos β + v_{B 0} v_{C} \cos α (24) \end{array}$

式中, vC0为构态1时C点的速度。

对构件3

对构件4

$\int_{B_{4}} \dot{x}^{(4)} (t_{p} + 0) \cdot \dot{x}^{(4)} (t_{p} - 0) d (^{p} m_{4}) = 0$ (26)

由于机构在构态2时的自由度是1, 机构速度用vB来描述。

由机构运动分析, 有

将式 (27) 代入式 (22) 、式 (24) 和式 (25) 的结果及式 (23) 代入式 (15) , 且注意到机构所受冲量为零, 有

$\begin{array}{l} \frac{m_{1}}{3} [(5 + \frac{4}{\cos^{2} α}) v_{B} - 4 v_{B 0} - 4 v_{C 0} \frac{\cos (α - β)}{\cos α} - \\ v_{C 0} \cos β - v_{D 0}] = 0 (28) \end{array}$

由于本例机构由构态1转化到构态2后, 其滑块与机架合并, 即vD=0, 故直接把vD0、vC0、vB0及α、β代入式 (28) , 即可求出机构由构态1变换到构态2时发生冲击后瞬间的速度vB, 结合式 (27) 可得vC。计算结果:vB=1.9677m/s, vC=2.2722m/s。

从计算实例可知, 求解变胞机构发生冲击后瞬间速度时要注意:根据机构两构态中较大的自由度, 确定描述机构速度的速度量;要写出机构发生冲击后瞬间的动能表达式和构件上各点发生冲击瞬间之前、之后的速度表达式;约束方程是指速度量之间的关系式;变胞机构在构态变化时, 一般机构所受冲量为零。

3 求解机构冲击后瞬间速度的意义

(1) 用于运动分析。

可以根据求解出的变胞机构构态变化时速度突变情况, 判断机构的速度变化情况是否在允许范围内。

(2) 求解构件和运动副所受冲击。

由于冲击作用时间极短, 冲击力常常比不考虑冲击时构件所受的力大很多, 因此求解机构构态变化时构件和运动副所受冲击是必要的。

根据动量定理, 对微元体Dk有

$d (^{p} m_{k}) [\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) - \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0)] = d (^{p} Ρ^{(k)}) (29)$

对式 (29) 两边在构件上取积分, 得到

$\int_{B_{k}} [\dot{x}^{(k)} (t_{p} + 0) - \dot{x}^{(k)} (t_{p} - 0)] d (^{p} m_{k}) =^{p} Ρ^{(k)}$ (30)

显然, 求解出机构发生冲击后的瞬时速度, 将构件上各点速度带入式 (30) , 可以方便得到发生冲击时构件所受冲量大小。

根据理论力学, 有

∫ $_{t_{p} - 0}^{t_{p} + 0}$ Fdt=pP (k) (31)

若确定了冲击力的变化规律, 即可根据式 (31) 确定构件所受冲击力的大小。

结合动量定理和动量矩定理, 还可以求解运动副处的冲量。对活动构件应用动量定理, 且分别向x、y坐标轴投影, 可以得到两个投影式, 再对构件应用动量矩定理, 共得到3个平衡方程。要决定一个低副处的冲量时, 必须求两个未知量;要决定一个高副处的冲量时, 只要求一个未知量。设平面机构有n个活动构件, PL个低副, PH个高副, 对每个活动构件应用动量定理和动量矩定理, 可以得到3n个平衡方程, 共有 (2PL+PH) 个未知量, 所以可以求解出平面机构每个运动副所受冲量。

(3) 为控制变胞机构冲击提供理论依据。

对确定的变胞机构, 其在构态变化时, 根据式 (20) 可以得到计算发生冲击后瞬间速度的方程式。在此基础上, 可以得到计算构件和运动副所受冲量的方程式。上述方程式, 不仅可以用来计算构件和运动副所受冲量或冲击力的大小, 还可以用来分析影响其大小的因素, 是控制变胞机构构件、运动副所受冲击的理论基础。

影响变胞机构构态变化时冲击的因素是:构态变化前后机构的结构, 构态变化前构件的速度和构件的质量分布等。由于构态变化前后机构的结构取决于对机构运动性能的要求, 一般是确定的, 所以减小变胞机构构态变化时冲击的主要措施是尽量降低构态变化前构件的速度。

4 结论

(1) 变胞机构在构态发生变化时, 常常发生冲击, 根据冲击运动高斯最小约束原理, 用Lagrange乘子法处理约束, 可以求解构件发生冲击后的速度, 该方法比较简捷, 适合工程应用。

(2) 可以利用变胞机构构件发生冲击后的瞬间速度, 判断变胞机构在构态变化时的速度是否在工作允许范围内, 求解构件及运动副所受冲击。求解构件发生冲击后瞬间速度和构态变化时构件、运动副所受冲击的方程式, 为控制变胞机构冲击或以冲量最小为目标进行优化设计提供了理论依据。

(3) 机械工程中存在大量的多体系统, 典型的如汽车悬架系统、卫星操作臂系统等, 其冲击问题是人们关注的重要问题。本文所提出的方法可用于一般多体系统冲击问题的研究。

参考文献

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包带低冲击装置冲击试验及数据分析第2篇

包带低冲击装置冲击试验及数据分析

文章主要阐述了包带低冲击装置冲击试验的过程及采用的试验技术,并对试验数据进行了处理和分析.通过大量的`试验数据,对响应量级与测量点的位置分布、响应与包带预紧力的关系、冲击响应与装药量的关系、冲击响应与起爆器的关系、冲击响应的频率分布关系以及安装方式对试验结果产生的影响作了充分的分析.结果可为研究低冲击装置提供有价值的参考.

作者：韩晓健焦安超王睿 Han Xiaojian Jiao Anchao Wang Rui 作者单位：北京卫星环境工程研究所,北京,100094 刊名：航天器环境工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)： 24(5) 分类号：V416.2 关键词：冲击试验结构响应数据处理

冲击性运动在减脂运动中的作用第3篇

现在流行的减脂方法中最为人们接受的即为运动减脂法。运动减脂方法由于运动强度相对较大、运动减脂时间长, 很难坚持下来等明显缺点, 严重影响了运动减脂人群的信心和恒心。冲击性运动减脂法是冲击性运动加有氧运动的综合性减脂治疗方法, 即在有氧运动前适当加入冲击性运动的减脂方法。在运动减脂整体时间周期中加快糖类物质的消耗, 从而大大减少了人体等待脂肪代谢的时间, 减少整体减脂的时间。前人已有相关思路的研究, 但多数还处于理论探索的阶段, 本文拟对比传统有氧运动减脂方案与冲击性有氧减脂方案的实际效果, 以验证理论学说的正确性, 为探索简单有效的减脂方法提供一些有益的参考。

一、脂肪的代谢及动员

(一) 脂肪在人体中的代谢。

脂肪在脂肪酶的作用下, 分解为甘油及脂肪酸, 然后再分别氧化成二氧化碳和水, 同时, 释放出大量能量, 用以合成ATP。在氧供应充足时进行运动, 脂肪可被大量消耗利用。运动减脂通过增加人体肌肉的能量消耗, 促进脂肪的分解氧化, 降低运动后脂肪酸进入脂肪组织的速度, 抑制脂肪的合成而达到减脂的目的。运动强度越小, 持续时间越长, 依靠脂肪氧化供能占人体总能量代谢的百分比也越高。在短时间的激烈运动时, 肌肉基本上不能利用脂肪酸, 磷酸源供能是肌肉的主要供能途径。在大于60%~65%最大摄氧量强度的长时间运动中, 尤其是在60%最大摄氧量以下强度的超长时间运动中, 脂肪成为运动肌的重要功能物质。

(二) 脂肪在人体运动中的动员。

运动时骨骼肌氧化的脂肪酸依靠肌内甘油三酯水解和摄取血浆游离脂肪酸, 随着运动时间的延长, 血浆游离的脂肪酸的功能起主要作用。在安静, 空腹时, 人的血浆游离脂肪酸浓度较低, 运动过程中, 血浆游离脂肪酸的浓度升高。动脉血游离脂肪酸是安静肌的基本燃料, 有50%的血浆游离脂肪酸在流经肌肉的过程中被吸收利用。在长时间运动过程中, 脂肪酸连续地从脂肪组织释放入血, 血浆游离脂肪酸浓度逐渐升高, 运动肌摄取和利用量也相应增加。因为脂肪主要存储在脂肪组织中, 所有肌肉摄取血浆脂肪酸的速度要依赖脂肪组织内脂解强度, 血液脂肪酸的转运能力以及肌肉内存储脂肪的分解和利用强度。在短时间极量或高强度运动中 (大于80%最大摄氧量) , 骨骼肌摄取血浆游离脂肪酸的数量不多;但在长时间中等强度的运动中, 如运动强度为60%~70%最大摄氧量, 超过20~30分钟的长时间运动中动脉血游离脂肪酸持续而缓慢地升高, 肌细胞吸收血浆游离脂肪酸功能比例增大, 如运动40、180分钟, 脂肪酸供能分别占总能耗的37%、50%。

二、糖的代谢及动员

(一) 糖在人体中的代谢。

糖是人体运动时的重要能源物质。运动中可利用的糖储备有肌糖原、血糖和肝糖原。运动时需要动用糖代谢供能, 首先动用的是肌糖原, 随着运动的继续、肌糖原储备量的减少, 肌肉开始摄取血糖, 随着血糖利用量的增加, 肝糖原开始释放入血, 补充及维持血糖浓度的稳定, 保持机体运动能力。肌糖原占人体糖储量的70%。人在休息状态下, 基本不利用肌糖原分解来获取能量, 只有在运动时, 才开始动用肌糖原来提供能量, 在60%~85%最大摄氧量强度长时间运动时, 最初阶段肌糖原的利用速度最快, 持续阶段时利用率减慢, 最后阶段随着糖储量的减少, 利用率最低。不同强度运动至力竭运动时, 肌糖原消耗最大。随着运动强度增大, 肌糖原动用速率相应增大。当以20%~30%最大摄氧量强度步行时, 肌糖原很少被分解, 在接近最大摄氧量强度运动时, 肌糖原分解及其迅速。

(二) 糖在运动中的动员。

有氧运动中30分钟以前, 机体供能主要以糖有氧代谢来提供能量, 运动时间在30分钟以上才开始缓慢地动用脂肪有氧代谢来提供能量。而在减脂的运动中我们主要是想通过大量运动来消耗脂肪, 在运动过程中只有缩短等待消耗血浆游离脂肪酸的时间, 才会在同样的时间内提高脂肪代谢的总量。在实验组传统有氧运动的基础上, 加冲击性训练的减脂训练班课程中, 我们采用课程中添加急速800米跑 (全程) ;或急速蹬车、急速跳跃运动、急速高抬腿跑。主要目的就是先快速消耗机体内的部分肌糖原, 缩短整节课时消耗糖的时间, 也就提高了整节课消耗脂肪酸的时间, 从而使整节课利用脂代谢的提高, 减脂的效果也就更好。

三、冲击性运动对糖和脂肪动员的影响

冲击性运动是指在短时间内, 完成一连串的高强度的爆发性动作, 完成这些动作要完全调动肌肉的无氧工作的能力, 肌肉的无氧系统工作则需要ATP-CP, 和糖原酵解来供能, 所以说冲击性运动首先消耗的能源物质就是糖, 而且一连串的高强度的爆发性动作则需要更多的能量, 则在这几十秒钟内就消耗了大量的能量。然而血浆中游离的糖是有限的, 不够时则需要脂肪来提供能量。

人体肌肉一般在人参加有氧运动30分钟以上才开始慢慢的动员脂肪组织供能, 30分钟以前则有体内的糖氧化酵解来提供能量。若在同样的有氧运动 (时间一样, 有氧运动方式一样, 有氧运动量一样) 的前30分钟内添加一些冲击性运动的训练, 就会加快糖的消耗, 而且血浆内的糖是有限的, 这样就会提前动员体内的脂肪酸来功能, 也就减少了等待脂肪代谢的过程, 则增加了脂肪功能系统工作的时间, 也就增加了消耗的体内的脂肪的时间。

从整体看, 以1小时的单纯有氧运动为例, 用前30分钟做有氧运动, 则有糖酵解系统缓慢供能, 主要消耗体内的糖, 后30分钟做有氧运动才开始有脂肪氧化功能, 消耗体内的脂肪。而1小时的冲击性运动减肥法, 用前20分钟内加冲击性运动训练 (急速800米跑 (全程) ;或急速蹬车、急速跳跃运动、急速高抬腿跑) , 则需要糖原的快速供能, 消耗体内的糖, 后40分钟做有氧运动, 来消耗体内的脂肪酸。所以减脂的效果更好。

冲击性运动可以利用800米急速跑, 或急速蹬车、急速跳跃运动、急速高抬腿跑等运动, 强调最大速度, 最大阻力, 坚持时间确定为45秒, 并每隔10分钟有氧运动加入12秒钟以上运动 (除800米外) 来进行。

参考文献

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自由端受水平冲击后悬链的运动分析第4篇

悬链,作为一种兼具柔韧性和高强度的结构,不仅在自然界广泛存在而且在工程中也被大量使用.不仅如此,类悬链的一些结构,例如吊桥、锚绳、铰接的多连杆等也得到了广泛的工程应用.由于其结构的特殊性,悬链对冲击、扰动这类载荷极其敏感,其动响应也比较复杂.对悬链和类悬链结构在不同的动载荷下的运动分析,不仅是一类很有意思的数学问题[1],也具有很多工程应用价值,很多人在这方面都进行过有意义的工作[2,3,4,5,6,7,8].例如:文献[2]从理论和模拟两方面研究了悬链在受到纵向(链长方向)激励时的奇特力学行为,从理论上解释了链的振型及打结现象;文献[3]通过求解常微分方程研究了悬链在受到水平冲击后,脉冲在链内沿链长方向的传播和反射情况;文献[4]通过实验发现在某些条件下悬链内脉冲的加速度值为常数且等于重力加速度的一半;文献[5]采用实验和理论分析了悬链在不同张紧力的情况下其水平振动、位移及阻尼变化.这些工作研究的都是悬链对不同的脉冲载荷的动力学响应过程,所用的基本都是求解含边值/初值条件的常微分或偏微分的数学物理方程的方法,求解和分析过程相对来说比较复杂.如果关心的只是悬链在受到动载荷后的瞬态响应,例如每个链结的角速度或是速度,而不是整个响应过程的话,则求解过程可以大大简化,利用经典的分析力学理论就可以得到令人满意的结果.例如文献[6]利用冲量定理得到包含链段动量的方程组,通过求解其特征方程根得出了重力场中计算悬链受冲击作用时链段角速度的通项公式.但考虑到该文用的是一个纯粹数学意义上的方法,当链段数目较多时,要求解出具体每个链段的运动状态还是比较繁琐的;此外该方法还存在一定的局限性,例如在求解不同初始条件下各个链段运动状态时便不够清晰明了.文献[7,8]对类悬链问题进行了简单介绍,但并未给出一般意义上的求解方案.本文从文献[6]得到一些启发,但针对该方法的不足对此类问题进行了重新分析,得到了在拉格朗日动力学微分方程的理论框架下,悬链受水平冲击力作用时计算其每个链段运动速度的一般方法.

1 问题的提出

图1(a)显示的是一个典型的悬链冲击问题,悬链一端固定,另一端自由,在重力作用下保持悬垂状态,在自由端的末节链段(或其他位置)给予悬链一个冲击载荷,计算悬链此后的运动情况.将该问题模型化后如图1(b)所示,假设悬链是由n节质量均为m,长度均为l的均质杆件(链段)铰接而成,在其最底端(其他位置亦可)作用一冲量S,求此后瞬时,任意一节杆件i的角速度.

2 冲击力作用下的拉格朗日方程

文献[9]中给出了有冲击力作用时一个受完整约束的动力学系统的拉格朗日方程的推导.设系统的广义坐标为qi,其对应的广义力为Qi,由第二类拉格朗日方程(其中i=1,2,…,n),对此式等号两端同时从0到Δt时间积分,即

式中,即为广义动量).由于碰撞的过程经历时间极短(Δt→0),所以广义坐标qi的改变量极小,记M为的极大值.由拉格朗日中值定理,,当Δt→0时,可得.又因为为广义力Qi在Δt时间内的广义冲量,所以得到有冲击力作用时系统的拉格朗日方程为

此处简记为

3 方程的求解

设广义坐标为qi=θi(i=1,2,…,n),θi为第i节杆件与y轴正方向所成夹角,如图2所示.

冲击前系统静止,即,则初始广义动量,仿照广义力的计算来计算广义冲量,给θi一个变分δθi,其余角度不发生变化,则有Ii=(Slcosθi·δθi)/δθi=Slcosθi,代入初始条件θi0=0,得到Ii=Sl(i=1,2,…,n).

对第i节杆件分析:其动能,其质心位置为

且所以

式(5)右端第1项中的显然不含有第i项,则.经过计算整理并代入初始条件(θi0=0)可得到

式(6)的后(n-i)项相加后即可得到式(5)最右端第3项.综合以上各式即可列出对任意一节杆件i的运动微分方程,即

式中k=1,2,…,n,对整体可列出一个n元一次线性方程组,该方程组可用矩阵表示成AX=B,A为式(7)中的系数组成的矩阵,.求解该线性方程组即可得到每个链段的角速度当链段数目较多时,该方程组的求解可以借助数值分析软件Matlab进行,或者借助于数学运算软件Mathematica得到其符号解(A为一实对称矩阵,所以A对应的线性方程组必有解).

4 算例分析

(1)对n=1的情况分析,由AX=B可得一元一次方程,解得

(2)对n=2的情况,由AX=B可得二元一次方程组

解得

该结果与文献[6]所得结果完全相同.

(3)对n=3的情况,可得方程组

解得

同理,可很方便地求解出n=4及更高值时候的结果.类似地,对于每节链长不等或质量不等的悬链结构,也可用本文所介绍的方法得到精确解.由于本方法无需考虑链段铰接处因冲击而产生的反碰撞冲量和链段之间的运动关系式,对于链段数目较多的悬链用此方法求解较为方便,并且当冲击力不作用在悬链底端时,只需改变第i节杆件的广义冲量即可,即改变矩阵B.此外,对于悬链位于任意初位置(无论是否运动)只需改变初始条件即可求解.该方法事实上提供了求解这类问题的一个统一的公式,应用起来更加方便.

5 结论

本文给出了一种求解悬链在受水平冲击力时各链段运动速度的拉格朗日方法,该方法无需考虑链段铰接处因冲击而产生的反碰撞冲量和链段之间的运动关系式,对于链段数目较多的悬链求解非常方便.而且由于该方法是针对一般的冲击情况给出的统一的求解公式,因此对于冲击力作用在任意位置和悬链处于任意初位置(无论是否运动)的情况都可很方便地求解.

参考文献

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运动冲击第5篇

1.1 结构设计

四足哺乳动物的腿部是拥有5个运动关节且多于5个自由度的超冗余自由度[1]的结构，但同时它又具有高度发达的肌肉系统和进化先进的神经系统，使得其运动相当灵活。然而在现实中，受传感器和控制系统的制约，设计四足机器人时对其进行了合理简化以减低其控制复杂程度。基于四足哺乳动物的基本结构特征，将机器人的腿部关节简化为3个关节[2]：侧摆关节、髋关节、膝关节。侧摆关节用于机器人在拐弯和失稳状态下调节重心以保持机体平衡，髋关节和膝关节用于机器人前进时的跨步和抬腿。其关节配置选用前肘后膝式，这样可使机器人在行走过程中受力更加均衡，从而使运动更加平稳[3]。

基于以上原则，在Pro/E中建立的四足机器人简化模型如图1所示。本机器人的长、宽、高分别为1 100mm、500mm、750mm,4条腿对称分布于机体4个角落位置，每条腿上有3个关节，将机体分成3段，从上到下3段的长度分别为120mm、270mm、350mm。机器人重75kg左右，trot（对角小跑）步态的设计步长λ=300mm，跨步高度H=25mm，周期T=1.2s，速度可达0.25m/s。

1.2 运动设计

将四足机器人的简化模型导入ADAMS中，对模型添加材料属性、运动副、驱动、关节摩擦力、接触力，并设置重力方向建立虚拟样机[4]。对于四足机器人的trot步态，是在平坦路面按直线行走，因而与机体连接的第一个运动副侧摆关节不需要转动，在这里使用固定副将之固定，这样的设定简化了对模型的控制。在对模型进一步简化后，机器人的运动设计就体现在腿部8个驱动函数的设计上。trot步态[5]的特点是机器人对角腿的运动保持一致，都处于摆动相或者支撑相，而同侧腿的运动相差半个相位。为达到trot步态，对角腿的髋关节驱动函数相同，而前腿膝关节的曲线为正值，后腿膝关节的曲线为负值。采用符合四足哺乳动物肢体运动关节的正弦函数和半波函数对四足机器人的髋关节和膝关节进行驱动[6]，驱动函数如下：

(1）左前腿和右后腿髋关节：

(2）左前腿膝关节：

(3）右后腿膝关节：

(4）右前腿、左后腿髋关节：

(5）右前腿膝关节：

(6）左后腿膝关节：

1.3 trot步态仿真

在ADAMS中对四足机器人进行运动仿真，得到了机器人质心横向（X轴方向）、竖直方向（Y轴方向）、前进方向（Z轴方向）的位移和速度曲线，如图2～图4所示。通过位移和速度曲线，分析trot步态的四足机器人前进时的运动状况。

(1）机器人在行走的20s内，横向位移曲线随速度曲线的波动在-65mm～20mm之间波动，并且始终保持周期性的变化，这说明机器人的横向移动较为平稳，保证了机体能够按直线前进。

(2）机器人启动初期，由于脚底与地面的刚性碰撞，竖直方向速度和位移都有一个较大的突变。随后曲线都呈周期性的波动，其中位移值在-21 mm～11mm之间变化，相对于机体高度750mm，其垂直波动率为4.3%，说明机器人质心在竖直方向波动较小。

(3）在前进方向，机器人位移曲线基本为一条直线，由其斜率可知机器人的平均速度为233mm·s-1，速度曲线亦显示在233mm·s-1左右波动。除了在启动时速度值有短暂小于零时段，其余速度值皆要大于零，这是因开始时脚底与地面存在轻微打滑使运动不稳定造成的。

(4）由以上综合信息可知，机器人的λ=280mm,v=233mm·s-1，基本满足设计要求。各位移、速度曲线相对平滑，横向移动不大，垂直波动率小，四足机器人以trot步态直线前行效果良好。

在trot步态中处于对角位置的腿动作一致，轨迹相同，因此为了更加直观地分析机器人的运动轨迹，分别取左前腿和右前腿足底一点建立位移测量函数，在ADAMS中处理后将得到的数据导入MATLAB建立足底三维轨迹，如图5、图6所示。

由1.2节设计的驱动函数可知机器人的左前腿和右后腿初始状态为支撑腿，右前腿和左后腿为摆动腿。由图5和图6可知，运动开始时机器人的左前腿是处于支撑相，而右前腿抬腿向前摆动处于摆动相，摆动相在竖直平面的轨迹类似于抛物线，符合运动的设计；当摆动腿足端触底后，机身前进，进而转变成支撑腿，而原本处于支撑相的左前腿、右后腿向前摆腿；当左前腿和右后腿触地，机身前进，机器人一个运动周期完成，随后摆动腿和支撑腿交替转换，机器人以trot步态前进。

2 侧向冲击下的运动仿真

2.1 侧向冲击对运动的影响

对所设计的四足机器人在水平且无障碍物、无外界冲击的典型理想环境中进行仿真实验并取得成功，然而在现实环境中，地面的不平整、障碍物的阻碍和外界冲击都为机器人的实际应用提高了成本和难度[7]。为研究侧向冲击对四足机器人的运动影响，在trot步态的机器人前进过程中施加侧向冲击：STEP(time,6,0,6.01,270)+STEP(time,6.01,0,6.21,0)+STEP(time,6.21,0,6.22,-270)+STEP(time,12,0,12.01,275)+STEP(time,12.01,0,12.21,0)+STEP(time,12.21,0,12.22,-275）。该冲击方向沿X轴（横向）负方向，作用于机器人机身质心处。在6.0s～6.2s冲击力为270N,12s～12.2s冲击力为275N，其余时间冲击力皆为0。在ADAMS中进行仿真实验，得到机器人在受冲击时姿态角（俯仰角、翻滚角、偏航角）的变化情况，如图7所示。

由图7可知：在1s～6s姿态角有规律地波动，证明在这期间机器人可平稳地前行；之后在270N的侧向冲击下，机身开始向X轴负向翻转，停止了前进，因而翻滚角骤然变大，偏航角表现为波动很小，近似不变，同时机器人的翻转也使得机身在竖直方向波动加剧，从而俯仰角变大；在8s～12s，各姿态角重新恢复了有规律的波动，而偏航角的上下幅值发生了变化，这说明机器人在重心的调整下在新的横向位置恢复稳定的运动；在12s后侧向冲击力变为275N，翻滚角逐渐变大直至为90°，偏航角最终变为0，这表明机器人在侧向冲击不能恢复稳定下最终侧翻在地停止了前进。

此次实验中显示四足机器人在受到侧向冲击时有2种不同表现：在机器人抗侧向冲击能力范围内，机器人可通过逐步调整重心来减小翻转力矩[8]并最终恢复稳定运动；而当侧向冲击超过其抗冲击能力时，机器人翻转超过一定阀值，最终导致机器人侧翻。

2.2 抗侧向冲击能力测试

由上述分析可知，侧向冲击会使四足机器人偏离最初的路线运动甚至侧翻，为此很有必要对机器人的抗侧向冲击能力进行研究。在机器人运动周期（2.4s～3.6s）的4个不同时刻（2.4s、2.7s、3s、3.3s）分别施加相同的侧向冲击进行仿真实验，可得到如图8所示的4种不同情况下翻滚角的变化曲线。

由图8可知，第1条和第4条曲线分别在某个时刻发生突变后翻滚角不断增大直至变为90°，而第2条曲线和第3条曲线分别发生突变后慢慢恢复到有规律的波动并最终重合，这表明在2.4s和3.3s施加的侧向冲击会使机器人失稳侧翻，而2.7s和3s的侧向冲击使机器人短暂失稳之后恢复平稳运动。

图9为机器人在无外界冲击时姿态角的变化。当机器人在无外界冲击的理想环境中运动时，在步态周期开始时刻（2.4s）向X轴负方向机身翻转达到最大，重心上升，此时机器人极不稳定，因而沿X轴负向的侧向冲击使其翻转变大加剧其不稳定性；同样在3.3s时，由于其运动是往X轴负方向翻转，同向的侧向冲击对其影响较大；在2.7s～3s时，侧向冲击沿X轴负向，而由重心偏移产生的翻转力矩沿X轴正向，这样正好缓和了侧向冲击的影响，因而机器人具有更大的抗侧向冲击能力。

3 结论

本文参照四足哺乳动物的结构与运动特点，通过Pro/E和ADAMS建立四足机器人的虚拟样机，并进行了trot步态仿真。实验结果显示机器人肢体运动比较协调，能够平稳地以trot步态行走，说明机器人结构和运动设计合理可行；在受到外界侧向冲击时，不同时刻四足机器人的抗冲击能力不同，这与当前机器人所受冲击的方向和机器人翻转方向及翻转程度有关，机器人运动较平稳时其抗冲击能力较好，这为机器人的结构优化提供了方向，同时也为提高其动态稳定性提供了一定的理论依据。

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运动冲击第6篇

1.1 临床资料

患者237人均为2008年1月北京奥运会—2011年12月备战伦敦奥运会的国家运动队集训运动员, 其中女性126人, 男性105人。平均年龄22.3岁, 平均训练年限7年, 病程最短1周, 最长12年。包含有肱二头肌长头肌腱腱鞘炎、肩袖创伤性肌腱炎40例;网球肘、肘关节内侧肌肉韧带装置损伤29例;运动员腰背部肌肉筋膜炎21例;大腿后部屈肌损伤33例;髂胫束摩擦综合征、运动员膝外侧疼痛综合征15例;运动员的髌腱周围炎与髌尖末端病55例;胫前肌腱、趾长伸肌腱腱鞘炎14例;跟骨跟腱止点末端病14例;足跖筋膜炎16例。所有病例均符合《实用运动医学》诊断标准[1]。

1.2 治疗方案

所有病例使用体外放射冲击波并辅以电疗法、超声波疗法、磁疗法等物理治疗。冲击波治疗方案:疼痛模式或激痛点模式治疗压力2.0~4.0Bar, 频率10~15hz/s, 冲击波次数2000频次, 手柄压力中~重, 一次/周, 4次/一疗程;辅助物理治疗在两次冲击波治疗之间进行, 通常情况下安排高频透热疗法+超声波治疗, 或根据病情选用其他的物理治疗, 每天1次。

2 结果

在237例患者中, 肱二头肌长头肌腱腱鞘炎、肩袖创伤性肌腱炎40例, 治愈、好转率90.0% (36/40) ;网球肘、肘关节内侧肌肉韧带装置损伤29例, 治愈、好转率93.1% (27/29) ;运动员腰背部肌肉筋膜炎21例, 治愈、好转率90.5% (19/21) ;大腿后部屈肌损伤33例, 治愈、好转率90.9% (30/33) ;髂胫束摩擦综合征、运动员膝外侧疼痛综合征15例, 治愈、好转93.3% (14/15) ;运动员的髌腱周围炎与髌尖末端病55例, 治愈、好转率92.7% (51/55) ;胫前肌腱、趾长伸肌腱腱鞘炎14例, 治愈、好转率92.9% (13/14) ;跟骨跟腱止点末端病14例, 治愈、好转率85.7% (12/14) ;足跖筋膜炎16例, 治愈、好转率93.8% (15/16) 。体外冲击波结合物理治疗总有效率为91.6% (217/237) 。大多数患者经冲击波治疗后疼痛减轻, 关节活动幅度增大。个别情况会出现治疗后疼痛增加, 疼痛一般在24~48h后可逐渐得到改善。

3 讨论

根据运动创伤流行病学调查统计[1], 在运动损伤中肌肉损伤占总数的51.23% (包括末端病10.2腱损伤9.94%, 腱鞘炎3.30%) 。其病理改变为腱的玻璃样变、纤维变、截断变、小动脉增生及硬化, 有时在病变组织中出现钙化骨化现象, 治疗困难。这种肌肉损伤可严重影响运动员正常的训练和比赛。

体外放射冲击波疗法为骨科运动医学领域治疗运动性软组织损伤提供了一种全新的治疗方法。体外放射冲击波可能通过以下几个方面对人体组织产生作用[2]: (1) “机械效应”通过机械对人体的振动产生细微按摩, 促进新陈代谢, 加强血液和淋巴循环。机械应力的作用引起病灶组织细胞的热处理变化, 进而加速毛细血管微循环, 增加细胞吸氧功能等生理变化。 (2) “空化效应”气体在冲击波的应力作用下, 会以极高速度膨化。人体软组织、细胞、血液中含有大量微小气泡, 在病灶范围内大量气泡的空化效应, 是疏通生理性关节软组织粘连的有利因素。可改善局部血液循环, 松解软组织粘连。 (3) “代谢激活效应”改善治疗区域的新陈代谢, 松解钙质沉着, 减轻炎性反应及水肿。 (4) “镇痛效应”对神经末梢组织产生超强刺激而引起细胞周围自由基的改变, 释放抑制疼痛的物质, 提高大脑对疼痛的阈值从而缓解疼痛。

低能量冲击波会明显促进上皮再生, 微血管增多扩张, 血管周隙巨噬细胞增多, 冲击波可能通过改变细胞动力学来促进软组织愈合过程[3]。物理疗法具有消炎镇痛, 缓解痉挛, 改善血液循环, 减轻或消除水肿, 促进渗出吸收, 松解粘连, 促进结缔组织分散, 修复损伤组织。冲击波治疗间隙辅以物理治疗, 可加快伤病的愈合过程, 其好转率也比单一的冲击波治疗或传统物理疗法有明显提高[4,5]其疗效说明冲击波配合物理疗法治疗运动性软组织损伤, 是一种行之有效的方法。

体外放射冲击波疗法是一种非侵入性/微创性的医疗技术, 定位于保守治疗和开放手术之间的全新的运动系统疾病治疗方法。体外冲击波对骨骼肌肉系统疼痛及较广泛的人体肌肉组织损伤产生良好的治疗效果, 尤其对多种创伤骨科疾患及慢性软组织损伤疾病的治疗, 较传统外科方法更安全、有效、无创、无不良反应等许多优势, 展示了其美好的应用前景。

参考文献

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