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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开了一种耦合空气动力学的跳台滑雪肌骨动力学模拟方法，属于体育专项动作分析技术领域。一种耦合空气动力学的跳台滑雪肌骨动力学模拟方法，在跳台滑雪运动员的肌骨动力学模拟中，结合了通过计算流体力学模拟得到的运动员所受的空气动力，使得对运动员动作的模拟更加符合现实情况，计算出的关节力矩，肌肉力等参数更加准确；同时通过对这些更为准确的关节力矩，肌肉力等参数来分析评估跳台滑雪运动员的发力情况，能够更好的指导针对性的肌肉力量训练。

主权项：1.一种耦合空气动力学的跳台滑雪肌骨动力学模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取跳台滑雪运动员从起跳到飞行阶段过程中具有代表性的且对气动特性影响较大的若干种姿态角，同时针对所确定的姿态角再进一步选取数个角度数值，形成若干个姿态角度组合；S2、根据S1中所确定的姿态角度组合，使用Gambit软件构建跳台滑雪运动员的几何模型，在运动员模型的表面生成三角形非结构面网络；S3、进一步在流场中生成四面体非结构网络，并设置壁面、速度进口和压力出口三种边界条件；S4、使用Fluent求解器对S1中所确定的各种姿态角度组合下运动员身体周围的流场进行数值模拟；其中，所述Fluent求解器为压力基隐式求解器，使用的湍流模型为k-ε模型，空间离散格式为一阶迎风格式，选用SIMPLE算法，迭代计算至收敛；S5、在运动员模型表面作积分运算，得到各姿态角度组合下运动员受到的力和力矩，以此计算运动员整体所受到的力和力矩；S6、将运动员模型分为若干个部分，具体划分为左小腿、右小腿、左大腿、右大腿、左小臂、右小臂、左大臂、右大臂、躯干和头部10个部分，分别计算各部分所受到的力和力矩；S7、将S5和S6中所得计算结果输入excel表格，形成跳台滑雪空气动力学数据库；S8、使用OpenSim软件中的通用全身人体肌肉骨骼模型，基于运动员的身体尺寸和体重，缩放该模型的尺寸和质量；其中，所述通用全身人体肌肉骨骼模型至少包含全身的骨骼和关节以及下肢的肌肉；S9、使用动作捕捉得到的标志点数据，输入OpenSim软件中进行逆运动学分析，得到运动员动作过程中的关节角度；S10、编写Python函数，读取运动员每一帧的关节角度，从中计算出S4中所使用的姿态角的数值；S11、根据S10所得计算结果在空气动力学数据库中进行线性插值，将插值结果按照比例进行缩放，从而计算出运动员全程所受到的空气动力和力矩；S12、创建OpenSim中的外力设置文件，对S6中所使用的人体的肢体部分分别设置外力，并将计算得到的运动员所受的空气动力和力矩编写为OpenSim中的外力数据文件，通过外力设置文件进行加载；S13、在OpenSim软件中，输入逆运动学得到的关节角度，加载空气动力设置文件以及测量或模拟得到的地面反力设置文件，完成后续的逆动力学和静态优化分析，得到耦合了空气动力学的跳台滑雪肌骨动力学模拟结果。

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