2006 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
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16300202
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
野村 武男 筑波大学, 大学院人間総合科学研究科, 教授 (80091817)
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| 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, 助教授 (10292533)
椿本 昇三 筑波大学, 大学院人間総合科学研究科, 助教授 (50180039)
本間 三和子 筑波大学, 大学院人間総合科学研究科, 助教授 (80241800)
高木 英樹 筑波大学, 大学院人間総合科学研究科, 助教授 (80226753)
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| Keywords | 画像粒子速度計測法(PIV法) / 非定常流れ場 / 流体力 / 渦輪 |
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| Research Abstract |
工学分野で発展してきたPIV計測法(粒子画像流速測定法)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。現在はハイスピードカメラとの同期を取り、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っている。
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(付加質量力係数、接線方向抵抗係数、法線方向抵抗係数)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。
今後PIV計測での定量的データとこのモデルを用い、水泳指導に有益なものにしていく。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Motion analysis of front crawl swimmer's hands and the visualization of flow fields using PIV.2006
Author(s)
Yamada, K., Matsuuchi, K., Nomura, T., Sakakibara, J., Shintani, H., Miwa, T.
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Journal Title
Biomechanics and Medicine in Swimming X.
Pages: 111-113
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[Journal Article] Flow visualization of unsteady flow field around a monofin using PIV.2006
Author(s)
Matsuuchi, K., Hashizume, T., Nakazawa, Y., Nomura, T., Shintani, H., Miwa, T.
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Journal Title
Biomechanics and Medicine in Swimming X.
Pages: 60-62
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