スポーツ科学における生体と流体の連成解析

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08680084
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 浅井 武 山形大学, 教育学部, 助教授 (00167868)
• Keywords: コンピュータシミュレーション / 連成解析 / 有限要素法 / 有限体積法 / キック / サッカー

Research Abstract

本研究では、スポーツ科学における生体と流体の連成解析を行うため、有限要素法(FEM)ソルバーと有限体積法(FVM)ソルバーを連成させた解析システムをインプリメンテーションし、サッカーのインスインステップキックやカーブキックに適用した。(研究発表論文参照)
インステップキックに関するコンピュータシミュレーションでは、高速VTR(4500fps)による実験値と良好な近似を示し、インパクト部位やスイングスピードによるキックの動特性について明らかにした。また、カーブキックに関するコンピュータシミュレーションでは、動摩擦係数を0とした場合(Case 1)と動摩擦係数を0.7とした場合(Case 2)を比較すると、10msec.間の回転変異はCase 1が16.0 deg.,Case 2が23.0deg.となっており、本研究では約1.4倍の差異がみられた。つまり、摩擦係数を考慮したCase2(6.4r/sec.)は、考慮しないCase 1(4.4r/sec.)の約1.5倍となっており、実験1の平均値8.72r/sec.,実験2の平均値7.98r/sec.に近い値となっていた。もちろん、この値は動摩擦係数の設定で変動するものであるが、本研究では摩擦を考慮しなくても約60パーセント以上の回転モーメントが発生することが推定された。従って、シューズのアッパーの材質による摩擦による影響も、ボール回転に多いに関係していると思われるが、それと同時に偏心衝突による回転モーメントの発生も技術的に重要な要素となることが示唆された。

Research Products

• [Publications] Takeshi Asai, etal: "Impact Simulation of kickingusing Fluid and Structure Interaction Analysis." XIV International Symposium on Biomechanics in Sports. 588-591 (1996)
• [Publications] 浅井武他: "流体-固体の連成解析を用いたボールキックのコンピュータシミュレーション" 第74回日本機械学会大会論文集. 96-15. 265-266 (1996)
• [Publications] 浅井武他: "カーブキックのコンピュータシミュレーション" 日本機械学会スポーツ工学シンポジウム論文集. 96-20. 88-92 (1996)
• [Publications] 荒木善行他: "体育・スポーツ科学における運動解析システムのインプリメンテーションと評価" 山形大学紀要(教育科学). 11-4. 491-497 (1997)