Page 12 - 《摩擦学学报》2021年第6期
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第 6 期 廖章文, 等: 冰雪滑动摩擦研究现状及发展趋势 797
究，如图8所示. 通过试验了解到，刀片角度的改变对 逐渐普及，其优异的性能优势在滑雪板上得到运用.
摩擦系数的降低具有显著的效果，这项研究也打破了 复合材料和高分子材料的运用从整体上提升冬季运
本来被广泛接受的“更薄的刀片导致更小的摩擦”的 动器材的综合性能，使得现有冬季运动装备在耐用
结论，需要重新看待刀片改进带来的效果. 性、强度、减摩和减震等方面都远超传统滑雪板.
Board core (wooden)
Layout (plastic)
Board core (wooden)
Side wall (plastic)
Board base (metal)
Rubber pad (rubber)
Plate base (graphite)
Edge (metal)
STD 4° 6° 8° Fig. 9 Schematic diagram of the structure of
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professional skis
图 9 专业滑雪板的结构示意图 [65]
Fig. 8 Schematic diagram of the cross-sectional shape of the
standard blade and three CT Edge skate blades (cutting angles 尽管滑雪者的能力和滑雪条件存在差异，但滑雪
are 4°, 6°, and 8°, respectively) in the test 板的设计参数通常是在一定范围内变动. 少有理论模
图 8 测试中的标准刀片和3个CT Edge溜冰鞋刀片(切割角 型能将滑雪板设计与运动员的技术动作特点相联系，
度分别为4°、6°和8°)横截面形状的示意图
因此在可变范围内探索滑雪板的最佳设计参数是关
冰刀在设计时底部是向外张开的喇叭状，这一设 键. 滑雪板其实是一种变刚度弹性板，其刚度引起的
计增加接触面，提高了在转弯时对冰的抓地力，同时 受力变形会对摩擦阻力产生影响，从而影响滑行的速
摩擦阻力降低有助于滑行速度的提升. 这里研究表明 度 [65] . 将影响参数量化建立理论模型是个很好的办
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冰刀的几何尺寸设计实际上是对摩擦机理的深层次 法，Renshaw 等 建立了一种转弯雪橇的理论模型，
运用，达到减小摩擦的效果. 但是冰刀几何尺寸的改 发现滑雪板的弯曲刚度、滑雪者的向心加速度以及雪
变，必须与运动员的运动特点相匹配，否则会有反效 的硬度对稳态转弯效率的影响最大. 模型参数的确
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果. Federolf等 针对冰刀刀片设计是否能提高运动员 定，能进一步了解滑雪板参数与材料的不同从而对实
在滑冰测试中的滑冰成绩这一问题进行研究. 发现总 际情况进行模拟，不同材料对滑雪板的整体动态响应
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体上来看，受试者的平均水平有所提高，但并不是所 存在差异. Fischer等 利用专门的装置研究不同设计
有受试者都受益于冰刀刀片的改进设计，表明运动员 的滑雪板动态响应特点，滑雪板的夹层结构，通过多
在使用过程中需要1个适应过程. 因此，在对冰刀与冰 种材料的复合作用共同决定了弯曲和扭转刚度. 结果
的摩擦相互作用机理及冰刀设计原理深入研究的同 表明：聚合物对整体性能有显著的影响，并在0 ℃左右
时也应加强运动员与新式冰刀的针对性训练，最大程 显示出强阻尼，通过有限元的分析也很好地解释了滑
度发挥出新式冰刀的优势. 雪板在两种振动模式下的试验结果. 适合的材料可以
5.2 雪上运动器材设计 降低振动的幅度，但是滑雪板在运动过程中产生的振
滑雪板是雪地运动的重要运动器材，分为单板式 动与雪况、滑行速度、靴子以及滑雪板的物理特性等
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和双板式两种. 滑雪板是由板面、侧墙、板芯、板基、边 方面有关. Foss等 对滑雪板与雪所产生的振动进行
刃和橡胶垫等构成，如图9所示，根据用途以及使用场 野外试验，滑雪板板头在雪地上的主要弯曲振动频率
景不同，有时会添加一些其他的强化材料. 传统的滑 约为20 Hz，在硬雪的雪况下，振动变大，且70~120 Hz
雪板在制造质量稳定性、减震性能、减摩特性和使用 的振动频率范围内扭转特性和混合振动对性能影响
寿命上存在很大的不足. 材料和制造技术的发展推动 至关重要. 结果表明，硬雪上双板和单板滑雪板扭转
滑雪板设计与生产的进步，其中材料技术的发展是整 特性对滑雪者控制起到重要作用，这也为之后滑雪板
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个技术的关键组成部分 . 碳钎维复合材料 、增强 材料性能向高扭转和黏弹性发展提供铺垫.
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树脂复合材料 和高分子材料等在冬季运动器械中 Koptyuga等 进行越野滑雪板自激振动和强迫
