网球拍设计中的材料与工艺研究

摘要

网球运动孕育于法国,诞生于英国,发展于美国,现在盛行全世界。如今,网球运动已经不再是贵族运动,越来越多的普通人参与其中,网球拍市场也随之扩大。为了占有市场,网球生产厂家也越来越多地关注材料和工艺对网球拍的重要性,不断尝试新材料和新工艺以提高网球拍的性能。作为一种体育器材,网球拍的设计不论在材料方面还是工艺方面都有着很严格的要求。如果材料工艺选择不当,不论是对职业运动员还是业余爱好者都会造成一定的伤害。从网球拍的演变历史来看,每一次重要变革都是伴随着新材料的使用。经过几百年的发展,网球拍已经从木制球拍,经过铁、铝等金属球拍,发展到了当今以碳纤维-树脂为主的复合材料球拍。但不论是何种球拍,都有其存在的理由和依据。
　　论文首先概述了网球拍设计的发展历史和现状,并归纳了网球拍的结构、组成以及类别;然后从设计的内部因素和外部因素,分析了网球拍设计的目标系统的复杂性和不确定性,提出一支好的球拍应该具备更大的力量、更好的操控性和更优秀的舒适性,网球拍的最终设计目标是“人拍合一”,让网球拍成为人手臂的延伸;接着从目标系统的内部因素和外部因素中挑选出影响网球拍设计选材的因素,结合网球拍的设计目标进行了分析,为后面的分析作好理论基础;最后论文分别以木制球拍、金属球拍、复合材料球拍为例,从这些球拍所处的时空背景、球拍所使用材料的特点、球拍所采用的形状和结构、经济等方面分析之所以选择这些材料的原因,并分析了各种材料的加工工艺及选择原因。论文研究认为,网球拍的力量已经得到很大的发展,所以网球拍设计的重点将从力量性向操控性转换移,越来越多关注网球拍的操控性。当今新材料和新工艺不断出现网球拍的设计中,但以碳纤维为主要成分的复合材料在未来一段时间里仍会占有主导地位,目前还未出现适合的材料将其取代。未来用于网球拍设计的材料会越来越多地运用智能材料,更多关注设计对材料和工艺的弥补作用,以解决网球拍力量和操控性的矛盾。

目录

摘要

Abstract

第1章 引言

1.1 研究背景

1.2 研究目的、方法

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究方法

1.3 研究意义、创新点

1.3.1 研究的意义

1.3.2 创新点

第2章 网球拍相关知识概述

2.1 网球拍的发展概述

2.2 网球拍的结构及组成

2.1.1 拍框结构

2.1.2 球拍的组成

2.3 网球拍的类别

2.4 网球拍的几个指标

2.5 品牌制造商

第3章 网球拍设计选材的复杂性

3.1 设计目标系统

3.1.1 网球拍对力量的追求

3.1.2 网球拍对操控性的要求

3.1.3 网球拍的舒适性要求

3.2 影响设计选材的外部因素

3.2.1 人的因素

3.2.2 市场与经济因素

3.2.3 环境因素

3.3 影响设计选材的内部因素

3.3.1 拍框刚度(Frame Stiffness)分析

3.3.2 拍框重量(Weight)分析

3.3.3 振动(Vibration)及甜点(Sweet Spot)分析

3.3.4 拍弦拉力(String Tension)对材料的要求

3.3.5 球拍结构对选材的影响

第4章 木制球拍设计选材与工艺分析

4.1 木拍的发展

4.2 选材因素分析

4.2.1 时空因素的限制

4.2.2 功能结构要求

4.2.3 木材的适应性分析

4.2.4 木材的工艺性能

4.2.5 市场与经济的影响

4.3 工艺分析

第5章 金属球拍设计选材与工艺分析

5.1 金属球拍的发展

5.2 选材因素分析

5.2.1 时空因素分析

5.2.2 功能及结构分析

5.2.3 金属的适应性分析

5.2.4 工艺性能分析

5.2.5 市场因素—利益的驱使

5.3 工艺分析

第6章 复合材料球拍设计选材与工艺分析

6.1 复合材料球拍的发展

6.2 选材因素分析

6.2.1 时空因素

6.2.2 功能及结构

6.2.3 复合材料适应性分析

6.2.4 工艺性能

6.2.5 市场与经济

6.3 工艺分析

6.3.1 工艺流程

6.3.2 工艺分析

6.4 品牌产品的材料工艺

6.4.1 wilson

6.4.2 Babolat

6.4.3 Prince

6.4.4 Head

6.4.5 Dunlop

第7章 结论

参考文献

致谢

个人简历、读研期间的设计成果与发表的学术论文