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Enquête dynamique sur l'influence de la pression de gonflage dans les ballons de sport
Dans le domaine dynamique de la technologie et de l’ingénierie sportives, les ingénieurs accordent une attention particulière à l’énergie stockée et perdue dans les équipements. Les ballons gonflables (et solides) sont souvent régis par un coefficient de restitution qui décrit l'interaction entre le ballon et une plaque rigide. Des caractéristiques dynamiques appropriées sont obtenues grâce à une sélection minutieuse des matériaux, de la construction et de la pression de gonflage. Après que le ballon quitte l'usine, les matériaux et la construction restent relativement cohérents, mais la pression interne est laissée à la discrétion de l'athlète, qui ne reçoit qu'une recommandation. Une étude a été menée pour observer la relation entre la surpression et la sous-pression et la perte d'énergie à différents niveaux de déformation.
Une machine d'essai HST équipée de plaques de compression légères a été utilisée pour comprimer des billes entières. Au cours de l'étude, de nombreux types de ballons ont été testés (football, volley-ball, futsol, netball, volley-ball, gymnastique rythmique), et les résultats d'un ballon de basket sont présentés ici. Chaque bille a été comprimée cycliquement à une fréquence constante avec une amplitude de 5 mm autour des niveaux moyens de déplacement initial que nous avons ensuite augmentés par incréments de 5 mm. Le mouvement a été prescrit avec le contrôle d'un encodeur numérique dans le logiciel de test dynamique HST. Chaque balle a été testée à trois pressions :
La pression « nominale » se situait au milieu de la plage spécifiée sur le ballon.
La sous-pression était 25 % inférieure à la valeur nominale
La surpression des billes était de 25 % supérieure à la valeur nominale.
Les courbes force-déplacement ont été tirées du cycle final (20e) à chaque déplacement initial. La différence entre les courbes de chargement et de déchargement intégrées numériquement donne l'énergie perdue à chaque cycle de compression. Le graphique présenté montre le rapport entre l'énergie perdue et l'énergie introduite dans le système au cours des différents cycles. Les barres les plus grandes indiquent une perte d’énergie relative plus élevée.
Le ballon correctement gonflé, représenté par les barres vertes, perd le moins d'énergie des trois pressurisations testées. La perte d'énergie plus élevée du ballon sous-gonflé peut être attribuée à l'interaction entre la flexion et les déformations sphériques dans le plan (déformations du cerceau) des panneaux. À haute pression, la bille est essentiellement préchargée et les panneaux subissent une gamme de contraintes plus élevée, s'écartant peut-être de la zone élastique. Avec les matériaux hyperélastiques, il n’est pas surprenant que davantage d’énergie soit perdue lors de contraintes plus élevées. Les tests de compression dynamique sur une balle entière donnent un aperçu du rôle de la pression interne dans les ballons de sport. Des études rapides comme celle-ci aident à quantifier le comportement global de la balle et suggèrent de nouveaux domaines de recherche ultérieure.
Une machine d'essai HST équipée de plaques de compression légères a été utilisée pour comprimer des billes entières. Au cours de l'étude, de nombreux types de ballons ont été testés (football, volley-ball, futsol, netball, volley-ball, gymnastique rythmique), et les résultats d'un ballon de basket sont présentés ici. Chaque bille a été comprimée cycliquement à une fréquence constante avec une amplitude de 5 mm autour des niveaux moyens de déplacement initial que nous avons ensuite augmentés par incréments de 5 mm. Le mouvement a été prescrit avec le contrôle d'un encodeur numérique dans le logiciel de test dynamique HST. Chaque balle a été testée à trois pressions :
La pression « nominale » se situait au milieu de la plage spécifiée sur le ballon.
La sous-pression était 25 % inférieure à la valeur nominale
La surpression des billes était de 25 % supérieure à la valeur nominale.
Les courbes force-déplacement ont été tirées du cycle final (20e) à chaque déplacement initial. La différence entre les courbes de chargement et de déchargement intégrées numériquement donne l'énergie perdue à chaque cycle de compression. Le graphique présenté montre le rapport entre l'énergie perdue et l'énergie introduite dans le système au cours des différents cycles. Les barres les plus grandes indiquent une perte d’énergie relative plus élevée.
Le ballon correctement gonflé, représenté par les barres vertes, perd le moins d'énergie des trois pressurisations testées. La perte d'énergie plus élevée du ballon sous-gonflé peut être attribuée à l'interaction entre la flexion et les déformations sphériques dans le plan (déformations du cerceau) des panneaux. À haute pression, la bille est essentiellement préchargée et les panneaux subissent une gamme de contraintes plus élevée, s'écartant peut-être de la zone élastique. Avec les matériaux hyperélastiques, il n’est pas surprenant que davantage d’énergie soit perdue lors de contraintes plus élevées. Les tests de compression dynamique sur une balle entière donnent un aperçu du rôle de la pression interne dans les ballons de sport. Des études rapides comme celle-ci aident à quantifier le comportement global de la balle et suggèrent de nouveaux domaines de recherche ultérieure.
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