Углепластик в теннисных ракетках: как сбалансировать массу, жёсткость и ощущения при игре

В конструкции теннисной ракетки меньшая масса не всегда означает лучшие характеристики, а более высокая жёсткость не обязательно приводит к лучшему поведению при ударе.

На реальные свойства ракетки влияет сочетание общей массы, распределения веса, жёсткости рамки, сопротивления кручению и вибрационного отклика.

Ценность углепластиковых композитов заключается в том, что эти характеристики можно регулировать с помощью схемы укладки, формы поперечного сечения и технологии формования, а не только за счёт свойств самого материала.

Почему углепластик широко используется в теннисных ракетках?

Теннисная ракетка должна сохранять достаточную жёсткость конструкции при относительно небольшой массе.

Во время замаха рамка должна быстро ускоряться, а в момент удара по мячу она одновременно испытывает изгиб, кручение и локальные ударные нагрузки.

Углепластик обладает высокой удельной жёсткостью, что позволяет сохранять стабильность рамки при контролируемой массе.

Ещё важнее то, что углепластиковая конструкция хорошо поддаётся настройке.

Даже при одинаковой общей геометрии рамки изменение направления волокон, локальной толщины и соотношения слоёв позволяет получить различное распределение жёсткости и разные ощущения при ударе.

Поэтому при проектировании углепластиковой теннисной ракетки главный вопрос заключается не в том, использовать ли «более высокий класс углеродного волокна».

Важнее определить:

Какую нагрузку должен воспринимать каждый участок рамки?

Почему две ракетки одинаковой массы ощущаются по-разному?

Две ракетки с одинаковой общей массой могут совершенно по-разному ощущаться при замахе.

Причина — распределение массы.

Если большая часть веса сосредоточена ближе к голове ракетки, момент инерции при замахе обычно увеличивается. Это может повысить стабильность при ударе, но одновременно снизить манёвренность и затруднить быстрые изменения направления движения.

Если больше массы расположено ближе к рукоятке, ракетку обычно легче разгонять и быстрее менять её положение.

С помощью изменения локальной толщины укладки и конструкции в зоне головы, горловины и рукоятки углепластик позволяет управлять распределением массы.

Поэтому облегчение конструкции — это не просто удаление материала.

Это размещение массы именно там, где она приносит наибольшую пользу.

Жёсткость и сопротивление кручению нужно проектировать отдельно

Жёсткость рамки в первую очередь влияет на общую деформацию при ударе, а сопротивление кручению определяет, насколько легко рамка поворачивается при нецентральном попадании мяча.

Эти характеристики нельзя эффективно регулировать только увеличением толщины стенки.

Волокна, ориентированные вдоль основного направления рамки, помогают повысить продольную жёсткость.

Слои ±45° обычно особенно важны для сопротивления сдвигу и кручению.

Другие направления укладки используются для повышения локальной стабильности и общей целостности конструкции.

Особенно сложными являются зоны головы и горловины ракетки, где пути передачи нагрузки более комплексные.

В этих местах часто требуется локальная корректировка схемы укладки с учётом фактических нагрузок.

Ощущения при игре — это фактически структурный отклик

То, что игрок называет «ощущением ракетки», не является отдельным свойством материала.

Частота вибраций после удара, скорость их затухания, локальная деформация рамки и обратная связь, передаваемая через рукоятку к руке, влияют на то, воспринимается ли ракетка как жёсткая, мягкая, чёткая или слишком вибрирующая.

Динамический отклик углепластикового композита можно регулировать с помощью схемы укладки и выбора смолы.

Однако реальные ощущения также зависят от формы поперечного сечения рамки, толщины стенки, струнной поверхности, втулок и конструкции рукоятки.

Поэтому цель проектирования обычно заключается в поиске подходящего баланса между жёсткостью, сопротивлением кручению и вибрационной обратной связью.

Технология формования определяет, удастся ли реализовать проект на практике

Рамка теннисной ракетки представляет собой непрерывную криволинейную, замкнутую или почти замкнутую конструкцию, поэтому требования к качеству формования очень высоки.

В процессе производства необходимо контролировать положение волокон, уплотнение слоёв, распределение смолы, внутренние пустоты и стабильность локальной толщины.

Даже при хорошо разработанной схеме укладки складки, участки с избытком смолы или локальные пустоты могут привести к тому, что фактические характеристики будут отличаться от расчётных.

Поэтому разработка углепластиковой теннисной ракетки — это результат совместной работы материала, схемы укладки, конструкции и технологии производства.

Если вы разрабатываете углепластиковую рамку теннисной ракетки или другие компоненты спортивного оборудования, можно предоставить GBTECH целевую массу, точку баланса, требования к жёсткости, размеры рамки, форму поперечного сечения и желаемые характеристики.

На основе позиционирования конкретного продукта можно оценить подходящий материал, схему укладки и технологию изготовления.

Отправить запрос: https://gbtechrussia.com/SendInquiry/