2007 Fiscal Year Annual Research Report
PIV法を用いた競泳動作のダイナミクスの解析とモデルの作成
| Project/Area Number |
16300202
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
野村 武男 University of Tsukuba, 大学院・人間総合科学研究科, 教授 (80091817)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松内 一雄 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 教授 (70111367)
榊原 潤 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 准教授 (10292533)
椿本 昇三 筑波大学, 大学院・人間総合科学研究科, 教授 (50180039)
本間 三和子 筑波大学, 大学院・人間総合科学研究科, 准教授 (80241800)
高木 英樹 筑波大学, 大学院・人間総合科学研究科, 准教授 (80226753)
|
|---|
| Keywords | 画像粒子速度計測法(PIV法) / 非定常流れ場 / 流体力 / 渦輪 |
|---|
| Research Abstract |
工学分野で発展してきたPIV計測法は、時々刻々変化する非定常な流れ場を可視化・解析することができる。これまでのこの手法を用いた研究は、細部の気流解析や魚などの小型遊泳動物、昆虫の飛翔メカニズムに関する研究のように測定領域が非常に小さいものしか行われていない。ヒトを扱った測定領域の大きなPIV解析は世界的にも初である。
現在までに、スカーリング時およびクロール泳者の手部周りや、ドルフィンキック時の足部周りの流れ場の解析を行ってきた。その結果、ヒトも昆虫や魚等と同様に、流体にうまく力を伝え、大きくきれいな渦を作り出すことによって推進していることが示唆された。また、2次元における測定を組み合わせることで渦の3次元的な構造も示唆することができた。測定平面上のx-y方向と、レーザー厚さ方向分の速度成分zの3成分を測定することできる3C-PIV計測法も可能となったが、現在の実験システムでは時間分解能の点からまだ精度上の問題が残る。また、ハイスピードカメラでの動作分析と組み合わせる事で、推力発揮部位の角度変化と渦の生成との関連からダイナミクスの解析を行い、泳者の手の動作は渦生成と密接な関係があることが分かった。
泳動作モデルの作成では、水泳時に身体各部位に働く流体力を算出するために用いられている3つの流体力係数を分析の対象となる泳者の体型と泳動作に合うように調節することによって、水泳中のダイナミクスをシミュレーション上で再現することができ、水中ドルフィンキック泳動作中に発生する全身の推進力や各関節トルクなどを算出することができた。身体部位別の推進力を求めることによって、水中ドルフィンキックの推進力は主に足部によって発揮されていることがわかった。また、足部で大きな推進力を発揮するために体幹部で大きな関節トルクを発揮させなければならないことが示された。
|
