對(duì)射箭反曲弓的生物力學(xué)測(cè)試研究

楊 成， 張曉林，張明洪

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對(duì)射箭反曲弓的生物力學(xué)測(cè)試研究

楊 成， 張曉林，張明洪

構(gòu)建反曲弓響應(yīng)在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)弓(含弦)系統(tǒng)所受的載荷相關(guān)參數(shù)進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)檢測(cè)，為提高射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練水平提供數(shù)據(jù)參考。方法：采用碳素工字鋼自制試驗(yàn)臺(tái)架，臺(tái)架的長(zhǎng)度取發(fā)射器和弓拉滿弦的長(zhǎng)度之和，對(duì)國(guó)家射箭隊(duì)運(yùn)動(dòng)員使用的反曲弓進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性測(cè)試,對(duì)2名射箭運(yùn)動(dòng)員的實(shí)射進(jìn)行測(cè)試。結(jié)論：靜態(tài)測(cè)試中，弓片上測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)應(yīng)變響應(yīng)與通過(guò)弦線對(duì)弓片所施加的載荷之間的關(guān)系以及拉力與拉距的關(guān)系均為線性關(guān)系；動(dòng)態(tài)測(cè)試中，弓片未安裝弓弦時(shí)的應(yīng)變響應(yīng)頻率為46.88Hz，安裝弓弦后的響應(yīng)頻率全部為13.67Hz；并且安裝減振器后的弓片響應(yīng)波形更平滑。從弓箭系統(tǒng)單桿減振器安裝效果評(píng)價(jià)上來(lái)看，安裝在弓柄上部比裝在弓柄下部的減振效果更好，而組合減振器比單桿減振器效果更好；細(xì)箭比粗箭更適合反曲弓系統(tǒng)；螺釘緊固程度越緊，弓系統(tǒng)的整體性越好，但其松緊程度對(duì)該型號(hào)反曲弓系統(tǒng)的固有頻率沒(méi)有影響。2名射箭運(yùn)動(dòng)員用同一弓箭時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不同，訓(xùn)練射箭運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的目的是盡量使運(yùn)動(dòng)員把能量集中在弓系統(tǒng)箭飛行的方向上。

射箭；反曲弓；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；靜態(tài)；動(dòng)態(tài)

奧運(yùn)會(huì)射箭項(xiàng)目只允許使用反曲弓進(jìn)行比賽，而國(guó)際箭聯(lián)將射箭比賽的時(shí)間修改得越來(lái)越短?，F(xiàn)在奧運(yùn)會(huì)射箭項(xiàng)目對(duì)運(yùn)動(dòng)員時(shí)間和數(shù)量有明顯的規(guī)則規(guī)定：4分鐘完成射6支箭，團(tuán)體比賽3分鐘完成射9支箭(含運(yùn)動(dòng)員在1米線上換位時(shí)間)。由此可以看出，現(xiàn)代射箭不止對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)水平一致性的要求更高，也需要弓箭系統(tǒng)有更好的穩(wěn)定性。

據(jù)所查文獻(xiàn)，有學(xué)者對(duì)弓箭進(jìn)行過(guò)一些研究[1-4]，但未見(jiàn)有較全面的測(cè)試分析研究。本文通過(guò)測(cè)試反曲弓靜、動(dòng)態(tài)特性，結(jié)合運(yùn)動(dòng)員個(gè)體情況，為運(yùn)動(dòng)員如何選用、安裝適合自己的弓箭及減振器，同時(shí)也為制造商生產(chǎn)高性能、個(gè)性化的弓箭提供參考和依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

測(cè)試的反曲弓系統(tǒng)為美國(guó)Hoyt公司生產(chǎn)，拉力為42磅，弓長(zhǎng)68英寸，中國(guó)國(guó)家射箭隊(duì)使用的專用弓。弓片的材料為碾壓硬巖紅楓木，弓柄為鋁合金材料(Aluminum 7001)。

選用兩根粗細(xì)不同，箭長(zhǎng)都為68mm的碳素鋼材料箭，一根直徑為7.5mm，另一根直徑為5.5mm。該箭是中空的，箭長(zhǎng)的距離測(cè)定是指射箭運(yùn)動(dòng)員左手水平伸展時(shí)食指第二指節(jié)到右耳耳根間的距離。

選用由美國(guó)BEITER公司生產(chǎn)的減振器，包括兩根單桿減振器和一套組合減振器，[5]本次實(shí)驗(yàn)研究的重要內(nèi)容之一是測(cè)試減振器的減振效果。圖1、圖2為弓、箭及減振器的實(shí)物圖。

圖1 弓的組成實(shí)物圖

圖2 箭及減振器實(shí)物圖

1.2 測(cè)試組件

為使測(cè)試環(huán)境與運(yùn)動(dòng)員射箭的實(shí)際狀態(tài)盡可能相同，將射箭試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)為：長(zhǎng)1 200mm，寬600mm，高1 300mm，臺(tái)架上的專用夾具位于寬度方向的右側(cè)，箭發(fā)射器位于寬度方向的左側(cè)。如圖3、圖4所示。

反曲弓系統(tǒng)采用軟木夾具安裝，一方面可以模擬射箭時(shí)人手握弓柄的實(shí)際狀況，另一方面還能起到測(cè)試臺(tái)架的減振作用。[6-7]

圖3-4 弓片及弓柄上的測(cè)點(diǎn)布置Figure 3-4 Bow limb and the measuring points on the bow

1.3 測(cè)試方法

采用電阻應(yīng)變計(jì)(片)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)取弓系統(tǒng)所選測(cè)點(diǎn)上的靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)變響應(yīng)。[8]采用壓電式加速度測(cè)試系統(tǒng)測(cè)取弓系統(tǒng)所選測(cè)點(diǎn)上的加速度響應(yīng)。本文對(duì)反曲弓進(jìn)行了靜態(tài)測(cè)試與動(dòng)態(tài)測(cè)試的全面研究。弓上所選測(cè)點(diǎn)如圖5所示。

圖5 弓的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)與加速度測(cè)點(diǎn)分布圖

Figure 5 Strain measuring points and acceleration measuring points

試驗(yàn)研究采用振動(dòng)力學(xué)中的錘擊法(瞬態(tài)激勵(lì))，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分別在測(cè)試前后進(jìn)行相應(yīng)的離線定度。后期數(shù)據(jù)處理采用我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的基于計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù)的控件化虛擬式信號(hào)分析儀。

試驗(yàn)研究中還采用了我們的國(guó)家專利技術(shù)“反曲弓響應(yīng)在線檢測(cè)系統(tǒng)”[9]，可以實(shí)時(shí)在線的取得各有關(guān)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)測(cè)試與分析

2.1.1 載荷與測(cè)點(diǎn)應(yīng)變的測(cè)試與分析

在安裝弓弦之前調(diào)整好靜態(tài)電阻應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，然后，將弦線安裝在弓片上，以增加和減少砝碼的方式對(duì)弓實(shí)施靜態(tài)逐級(jí)加載和逐級(jí)卸載，測(cè)試反曲弓系統(tǒng)的線性情況，主要測(cè)試點(diǎn)選擇靠近弓片頂端的1#應(yīng)變片和靠近弓片根部的7#應(yīng)變片，如圖6所示。

由圖6散點(diǎn)圖可見(jiàn)，弓片上測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)應(yīng)變響應(yīng)(幅值譜均值V)與通過(guò)弦線對(duì)弓片所施加的載荷(砝碼重量Kg)之間的關(guān)系為一直線。

圖6 弓靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試1#應(yīng)變片響應(yīng)散點(diǎn)圖

Figure 6 Scattered points of No. 1 strain foil in the static strain test

圖7 拉力力矩測(cè)試示意圖

2.1.2 拉力值與拉距值的相關(guān)測(cè)試與分析

圖7中拉距是指弓未施加外力時(shí)弓弦中點(diǎn)O的x軸方向距離。將弓弦固定在弓弦的箭巢位置與自制的拉弦手柄上，做出弓弦長(zhǎng)度標(biāo)記，通過(guò)改變拉繩(本次測(cè)試的弓弦)長(zhǎng)度來(lái)完成拉力值的改變。重復(fù)測(cè)試6次的拉力均值見(jiàn)表1所示。從圖8所示的散點(diǎn)圖可以看出，拉力與拉距之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為直線關(guān)系，這一結(jié)果再次確定了弓箭系統(tǒng)的線性特性。

表1 不同拉距時(shí)的拉力

圖8 反曲弓系統(tǒng)拉力-拉距散點(diǎn)圖

Figure 8 The pull force-distance scattered points of the recurve bow system

2.1.3 最大主應(yīng)力的測(cè)試與分析

通過(guò)對(duì)弓片所選測(cè)點(diǎn)上三軸應(yīng)變花進(jìn)行主應(yīng)力測(cè)試，即可測(cè)到從搭箭開(kāi)弓至撒放瞬時(shí)，弓片上的主應(yīng)力分布情況，及最大主應(yīng)力所在的位置及方向。[10]這對(duì)于運(yùn)動(dòng)員掌握弓箭的性能，選擇適合自己的弓箭和射箭技術(shù)動(dòng)作及對(duì)弓箭制造廠家都具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

測(cè)試結(jié)果顯示弓片的受力情況比較復(fù)雜，在接近弓柄處的弓片根部為應(yīng)力較大的位置，粘貼三向應(yīng)變花(0°,45°,90°)，在幾個(gè)部分分別測(cè)取該測(cè)點(diǎn)上的主應(yīng)力幅值。在拉距為32cm時(shí)選取上弓片上的應(yīng)變片作為測(cè)量點(diǎn)，再分析其應(yīng)力狀態(tài)。

表2 拉弦到32cm時(shí)應(yīng)變片的響應(yīng)幅值表

Table 2 The strain foils’response ranges when the bowring was pulled out for 32cm

序號(hào)應(yīng)變片幅值(V)備注1(90°應(yīng)變片)2．901沿弓片長(zhǎng)度方向2(45°應(yīng)變片)1．449沿弓片長(zhǎng)度斜向3(0°應(yīng)變片)0159沿弓片寬度方向

如表2所示，其中0°應(yīng)變片的應(yīng)變值最小(0.159V)，說(shuō)明弓片橫向的變形較?。?0°應(yīng)變片的應(yīng)變值為最大(2.901V)，表明弓片縱向的變形較大。

2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試與分析

動(dòng)態(tài)測(cè)試的目的在于，一是進(jìn)一步驗(yàn)證反曲弓理論模態(tài)分析計(jì)算的準(zhǔn)確性，只有這樣才能客觀的了解反曲弓自身的固有動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，而這些參數(shù)無(wú)論對(duì)于運(yùn)動(dòng)員完成正確的射箭動(dòng)作或者弓箭制造廠家設(shè)計(jì)制造高質(zhì)量的弓箭，都是非常重要而實(shí)際的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，由于弓箭系統(tǒng)的固有動(dòng)態(tài)特性參數(shù)直接影響到箭射出后的運(yùn)行狀態(tài)(即箭的受迫響應(yīng))，所以，射箭運(yùn)動(dòng)員也只有充分了解了自己所使用弓箭系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)后，才能夠結(jié)合自身具體情況和動(dòng)作特點(diǎn)，采用適合自己的技術(shù)動(dòng)作去完成高水平的射箭比賽。

2.2.1 固有頻率的測(cè)試與分析

由于弓系統(tǒng)的固有頻率影響到它的受迫響應(yīng)，也影響箭離弦瞬時(shí)的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還會(huì)影響到箭在空中的運(yùn)行狀態(tài)，弓系統(tǒng)的固有頻率對(duì)射箭命中靶心具有重要的實(shí)際意義。

弓系統(tǒng)中弓柄和弓片在位置、結(jié)構(gòu)、材料、形狀等方面均存在很大差異，且弓柄和弓片在連接處也不相同。整體固有頻率和局部固有頻率對(duì)于進(jìn)一步了解和掌握弓系統(tǒng)的整體動(dòng)態(tài)性能以及弓柄和弓片對(duì)弓系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)性能的影響都有著十分重要的作用，因此，需要對(duì)這兩種固有頻率進(jìn)行測(cè)試和分析。

表3 未安裝弓弦應(yīng)變響應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)

Table 3 The strain response test data when the bowring was not installed

敲擊位置測(cè)量位置應(yīng)變片號(hào)響應(yīng)頻率(Hz)弓柄下部上弓片1#46．882#46．883#46．887#29．30弓柄下部下弓片8#29．3012#46．8813#46．8814#46．88弓柄上部上弓片1#46．882#46．883#46．887#29．30續(xù)表3弓柄上部下弓片8#29．3012#29．3013#46．8814#46．88上弓片上弓片1#46．882#46．883#48．837#199．22下弓片下弓片8#11．7212#48．8313#46．8814#46．88

(1)未安裝弓弦時(shí)弓系統(tǒng)固有頻率的測(cè)定。

從表3可見(jiàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)敲擊弓柄下部時(shí)，上弓片1#、2#、3#、下弓片12#、13#、14#等測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為46.88Hz；上弓片7#、下弓片8#測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為29.30Hz；敲擊弓柄上部時(shí)，上弓片1#、2#、3#、下弓片13#、14#等測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為46.88Hz；上弓片7#、下弓片8#、12#測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為29.30Hz；敲擊上弓片時(shí)，上弓片1#、2#、3#所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為46.88Hz，7#測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為199.22Hz；敲擊下弓片時(shí)，下弓片8#測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為11.72Hz；下弓片上12#、13#、14#測(cè)點(diǎn)所在部位的應(yīng)變響應(yīng)頻率為46.88Hz；出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于弓系統(tǒng)受到不同部位敲擊時(shí)，在上弓片和下弓片的不同部位產(chǎn)生不同的受力情況，在各相應(yīng)測(cè)點(diǎn)所激發(fā)的模態(tài)響應(yīng)頻率也不同。在離弓柄與弓片結(jié)合部遠(yuǎn)的地方為單向應(yīng)力狀態(tài)，而在弓柄與弓片結(jié)合部為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。

(2)安裝弓弦時(shí)弓系統(tǒng)固有頻率的測(cè)定。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，弓系統(tǒng)的響應(yīng)頻率全部為13.67Hz。通過(guò)實(shí)驗(yàn)弓弦安裝上好后，在弓片和弓柄結(jié)合部位沒(méi)有發(fā)生其它階模態(tài)現(xiàn)象，弓系統(tǒng)的整體性呈現(xiàn)較好的狀態(tài)。

2.2.2 減振效果的測(cè)試與分析

為比較不同減振器的減振效果和同一減振器安裝在弓上不同部位時(shí)的減振效果,進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。目前國(guó)際上較為頂級(jí)的反曲弓制造商公司美國(guó)HOYT與韓國(guó)Win&Win公布了一些對(duì)于反曲弓通用評(píng)價(jià)指標(biāo)，均以箭射出后弓系統(tǒng)的振動(dòng)衰減快慢程度作為減振效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)振動(dòng)力學(xué)，弓系統(tǒng)在射箭過(guò)程中，從運(yùn)動(dòng)員張弓搭箭到撒把釋放射出箭的那一剎那，弓受到了一個(gè)廣義斜坡函數(shù)的激勵(lì)，從而引發(fā)了此后弓系統(tǒng)的衰減振動(dòng)。因此，在我們的測(cè)試研究中，采用在弓上所選測(cè)點(diǎn)粘貼電阻應(yīng)變片(電阻應(yīng)變式振動(dòng)傳感器)拾取應(yīng)變響應(yīng)時(shí)域波形。由于電阻應(yīng)變片自身質(zhì)量極小，對(duì)被測(cè)試對(duì)象不會(huì)產(chǎn)生附加影響，其所拾取到的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)可以真實(shí)的反映弓的動(dòng)態(tài)特性及其所發(fā)生的變化情況。同時(shí)，還采用了微型壓電式加速度傳感器在相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)上拾取加速度響應(yīng)波形。

通過(guò)測(cè)試，對(duì)拾取到的應(yīng)變響應(yīng)和加速度響應(yīng)時(shí)域波形，通過(guò)信號(hào)數(shù)字分析處理，在3個(gè)最基本的變換域即時(shí)域、幅域、頻域中對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析處理，并求取其減振系數(shù)，以便對(duì)不同減振器的減振效果和同一減振器安裝在弓上不同部位時(shí)的減振效果進(jìn)行對(duì)比分析。例如，從所拾取到的應(yīng)變響應(yīng)時(shí)域波形，即可獲悉減振器的安裝對(duì)于弓響應(yīng)的時(shí)域波形平滑程度產(chǎn)生了明顯的影響。未裝減振器時(shí)弓響應(yīng)的時(shí)域波形不及安裝減振器后變得平滑“干凈”。波形的高頻“毛刺”很多，即射箭時(shí)所激發(fā)弓的高頻振動(dòng)疊加在基本振動(dòng)頻率分量上致使波形產(chǎn)生了很多“毛刺”，這樣，由于射箭時(shí)所激發(fā)弓的高頻振動(dòng)沒(méi)有經(jīng)由所安裝減振器進(jìn)行減振，其必然結(jié)果就是直接影響到射箭時(shí)箭的運(yùn)行軌跡和運(yùn)行速度，進(jìn)而影響到箭射中靶心的命中率。

通過(guò)振動(dòng)力學(xué)中的“對(duì)數(shù)衰減比”[7]來(lái)定量借用描述弓系統(tǒng)的振動(dòng)衰減快慢的程度。而對(duì)數(shù)衰減比的定義是兩個(gè)相鄰正波峰幅值比的自然對(duì)數(shù)值。此振動(dòng)的對(duì)數(shù)衰減比為：

通過(guò)試驗(yàn)比較后可知，組合減振器減震效果比單桿減振器好，單桿減振器減震效果在弓柄上部比在弓柄下部效果好；綜合分析，在弓柄上部安裝單桿減振器的同時(shí)，在弓柄下部安裝組合減振器的減振組合效果最好。這樣的結(jié)論在測(cè)取其它應(yīng)變拾振點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)也得到了同樣的驗(yàn)證。

2.2.3 使用粗、細(xì)箭的弓片響應(yīng)測(cè)試與分析

通過(guò)在弓片上選定的應(yīng)變拾振點(diǎn)，設(shè)置條件在拉距相同的情況下對(duì)粗、細(xì)箭射箭時(shí)的響應(yīng)狀況進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，對(duì)比加速度響應(yīng)和應(yīng)變響應(yīng)時(shí)域波形以及幅值譜。從幅值譜分析結(jié)果可見(jiàn)，在射箭時(shí)的波形衰減方面細(xì)箭要比粗箭快，其幅值譜也更“干凈”，細(xì)箭中靶環(huán)數(shù)上也比粗箭要高，綜合分析數(shù)據(jù)指標(biāo)可以得出細(xì)箭較粗箭更適合本反曲弓系統(tǒng)的研究結(jié)果。因此，運(yùn)動(dòng)員可以參考此測(cè)試結(jié)果甄選適合弓系統(tǒng)的不同型號(hào)的箭種。

2.2.4 不同緊固程度下的弓片響應(yīng)測(cè)試與分析

如圖9所示，通過(guò)調(diào)節(jié)安裝在弓柄上插槽中的反曲弓弓片上的螺釘，就可以調(diào)節(jié)其緊固程度，改變弓系統(tǒng)的初張力。螺釘?shù)目烧{(diào)節(jié)范圍為±5%，可在6-8圈螺紋之間調(diào)節(jié)。6圈與8圈分別是弓片的兩個(gè)極限值，如果調(diào)節(jié)范圍低于6圈就有發(fā)生弓片飛脫的可能，8圈為調(diào)節(jié)最高極限。

圖9 弓片安裝示意圖

在同一組試驗(yàn)中，綜合分析應(yīng)變測(cè)試和加速度測(cè)試的結(jié)果，在調(diào)節(jié)螺釘松緊程度后未引起響應(yīng)自功率譜圖中基頻數(shù)值的變化。由此可見(jiàn)，該反曲弓系統(tǒng)的固有頻率不會(huì)因?yàn)槁葆數(shù)乃删o程度而發(fā)生改變。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，弓系統(tǒng)的整體性能與螺釘?shù)木o固程度有關(guān)，螺釘緊固程度越緊，其幅值譜越“干凈”，表明該弓系統(tǒng)的整體性能就越好。

2.2.5 不同運(yùn)動(dòng)員射箭時(shí)的響應(yīng)測(cè)試與分析

為準(zhǔn)確測(cè)試不同運(yùn)動(dòng)員射箭時(shí)的響應(yīng)情況，將三向加速度傳感器安裝在弓柄上，分別測(cè)試2名運(yùn)動(dòng)員射箭時(shí)弓系統(tǒng)的不同響應(yīng)，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4分別代表2位不同運(yùn)動(dòng)員射箭時(shí)X、Y、Z 3個(gè)方向的幅值譜。從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，運(yùn)動(dòng)員1與運(yùn)動(dòng)員2的數(shù)據(jù)在Z方向的幅值均達(dá)到最大，但運(yùn)動(dòng)員1在Z向上的幅值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向；而運(yùn)動(dòng)員2的數(shù)據(jù)在X、Y、Z三個(gè)方向上的分布相差較小。

表4 不同運(yùn)動(dòng)員在X、Y和Z三個(gè)方向加速度傳感器的響應(yīng)值統(tǒng)計(jì)表

Table 4 Response values of the acceleration sensor when different archers shot along the X,Y,and Z directions

射箭人方向幅值譜(EU)備注運(yùn)動(dòng)員1X向006弓片縱向Y向003弓片橫向Z向013弓片法向運(yùn)動(dòng)員2X向003弓片縱向Y向005弓片橫向Z向007弓片法向

通過(guò)分析可見(jiàn)，箭射出后其落點(diǎn)位置產(chǎn)生偏離主要是由于受到來(lái)自X和Y兩個(gè)方向上的能量影響，使箭產(chǎn)生了擺動(dòng)。與運(yùn)動(dòng)員2相比，運(yùn)動(dòng)員1在X和Y兩個(gè)方向上的能量分布最小，而在Z方向上的能量分布最大，因而所射出箭的擺動(dòng)小，穩(wěn)定性高，箭的落點(diǎn)也準(zhǔn)確。從他們射箭的成績(jī)來(lái)看，每位運(yùn)動(dòng)員射9支箭，運(yùn)動(dòng)員1優(yōu)于運(yùn)動(dòng)員2，運(yùn)動(dòng)員1在8-10環(huán)之間，運(yùn)動(dòng)員2在5環(huán)以外甚至脫靶。

再?gòu)倪\(yùn)動(dòng)員1和運(yùn)動(dòng)員2在X、Y和Z 3個(gè)方向的響應(yīng)幅值譜來(lái)看，運(yùn)動(dòng)員1的幅值譜比運(yùn)動(dòng)員2更平滑，這也說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員1所射出的箭能量分布比較集中，其箭的中靶率也較高；反之，由于運(yùn)動(dòng)員2在X、Y和Z 3個(gè)方向的響應(yīng)幅值譜波動(dòng)起伏較大，說(shuō)明所射出的箭能量分布較分散，箭的中靶率就較低。從訓(xùn)練學(xué)角度來(lái)看，訓(xùn)練射箭技術(shù)動(dòng)作的目的就是要求運(yùn)動(dòng)員將其射箭時(shí)的能量盡可能集中在箭飛行的方向上。

3 結(jié)論

靜態(tài)測(cè)試結(jié)果表明，弓片上測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)應(yīng)變響應(yīng)與通過(guò)弦線對(duì)弓片所施加的載荷之間的關(guān)系為線性關(guān)系；拉力與拉距也成線性關(guān)系。拉弓射箭時(shí)，弓片的縱向變形較大，橫向變形較小。

動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果表明，46.88Hz是弓片未安裝弓弦時(shí)的固有頻率；安裝弓弦時(shí)的固有頻率為13.67Hz。在弓柄安裝單桿減振器上部比在下部的減振效果更好，而組合減振器比單桿減振器的減振效果更好；在弓柄上部安裝單桿減振器，同時(shí)，在下部安裝組合減振器的減振效果最好。細(xì)箭更適合被測(cè)的反曲弓系統(tǒng)；螺釘緊固程度越緊，弓系統(tǒng)的整體性能越好，但螺釘?shù)乃删o程度對(duì)該型號(hào)反曲弓系統(tǒng)的固有頻率的影響不大。

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(編輯 任丹)

Biomechanical test of archery recurve bow

YANG Cheng, ZHANG Xiaolin, ZHANG Minghong

To establish a recurve bow response online measurement system and to conduct both the static and dynamic measurement of load-related parameters of the bow system (including bowstring) so as to provide reference data for upgrading archery training level. Methods: A self-made carbon steel testing bench having the total length of the emitter and the bow at full draw, was used for both the static and dynamic test of the recurve bow used by the national archery team players and for the test of two archers’ arrow shooting. Conclusion: In the static test, both the relationship between the static strain response of the measuring point on the bow blades and the load transmitted onto the bow blades via the string, and the relationship between the pulling force and the pulled distance were linear; In the dynamic test, the strain response frequency of the bow limb without bowstring was 46.88Hz. When the bow blades were installed with the bowstring, all the strain response frequencies were 13.67Hz. When the shock absorber was installed, the bow limb had smoother response waves. In terms of effect, the single shock absorber had a better damping effect when installed on the upper part of the bow grip than when installed on the lower part. The combined shock absorber had a better effect than the single shock absorber; As compared with thick arrows, thin arrows are more suitable for the recurve bow system. The tighter the screws were fastened, the better overall performance the bow system had. However, the screws’ tightness had no effect on the intrinsic frequency of the recurve bow system of the type. The two archers had different dynamic responses when they used the same bow and arrows. Therefore, the purpose of archer training is to make his energy focused on the arrow’s flying direction.

Archery;RecurveBowSystem;Biomechanics;StaticState;DynamicState

G804.2 Document code：A Article ID：1001-9154(2016)04-0087-06

西南石油大學(xué)人文專項(xiàng)基金資助“杰出人才”項(xiàng)目(2015RW044)。

楊成，教授，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)，E-mail:yangcheng1226@163.com

1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059 1.School of sports, Southwest University of Petroleum, Chengdu Sichuan 610050;2.School of sports, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan 610059

2015-10-14

2016-02-06

G804.2

A

1001-9154(2016)04-0087-06