基于 棒球最佳击点 的探究.pdf

基于棒球棒最佳击球点的探究 摘 要 为了使击球时转移到球上的能量最大化，本文分别探究了球棒的最佳击球点、 软木化、构造材料对转移能量带来的影响，建立最大速度动力学模型、最大损伤 模型、阻尼振动模型，对击球员的训练及球棒的设计提出了建议。 首先，为了找出棒球棒的最佳击球点，本文考虑打出一个好球,球离开球棒 的速度是关键，以球离开球棒瞬间的最大速度为目标，利用动量守恒、角动量守 恒和恢复系数建立最大速度动力学模型，并基于击球员所能承受最大损伤为约束 条件，对模型进行优化。否定了扭矩理论得出的最佳击球点应位于顶端的结论， 证实了最佳击球点位于大头部分。 其次，为了验证软木化能否增强最佳点击球的效果，本文考虑到软木化后球 棒质心的偏移，基于质点运动定理，运用 MATLAB 求出最佳击球点的区间和对 应点的棒球速度，并对比发现同一击球点软木化球棒击出的球速远远大于普通球 棒。分析棒球对软木化后球棒冲击载荷的变化，验证了软木化的球棒能够明显增 加最佳点的击球效果。软木化球棒使得击球员技术无法体现，故而MLB 禁止“软 木化”。 最后，为了预测不同材质是否对棒球棒的特性具有影响，本文利用最大速度 动力学模型，得出相同击球点下岑木球棒击出的球速远远小于铝制球棒。球棒阻 尼振动会消耗球—棒系统的部分能量，本文建立球棒变形角度与时间的微分方程 模型对结果加以验证，发现材质对棒球棒特性影响很大，铝制球棒阻尼振动消耗 能量比岑木小很多，所以对击球员的技能要求非常低，因此MLB 禁止金属球棒。 关键词： 动量守恒 角动量守恒 恢复系数 微分方程 阻尼振动 Team # Page 2 of 28 content （目录） 基于棒球棒最佳击球点的探究 1 摘 要 1 CONTENT （目录）2 1. INTRODUCTION 3 2. FUNDAMENTAL ASSUMPTIONS(基本假设) 3 3. PARAMETERS AND SYMBOL DESCRIPTION (符号和变量说明)4 4. 最佳击球点的动力学模型4 4.1 模型分析4 4.2 最大速度动力学模型5 4.3 模型建立5 4.4 模型求解8 4.5 结果分析及小结9 4.6 击球员最大损伤约束模型 10 4.7 最大速度与最大损伤模型对比 11 5. 复合球棒的最佳击球点 12 5.1 模型分析 12 5.2 模型的准备 12 5.3 模型的建立 14 5.4 模型求解 15 5.5 结果分析及小结 16 6.不同材质的棒球棒特性分析 18 6.1 模型分析 18 6.2 模型的准备 18 6.3 不同材质棒的最大速度模型 18 6.4 模型的检验20 8. MODEL EVALUATION (模型评价)22 9. REFERENCES (参考文献) 22 APPENDICES （附录）23 附录清单23 Appendix 1 ：棒球被击出的最大速度动力学模型23 Appendix 2 ：击球员所能承受最大损伤模型24 Appendix 3 ：软木化（棒球棒的最佳击球点）25 Appendix 4 ：软木化（最佳击球点对应的最大速度）26 Appendix 5 ：材质的影响：铝制棒球棒击球的最大速度27 Appendix 6 ：击球员不同初角速度对应对应的击球点位置28 Team #29166 Page 3 of 28 1. Introduc