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1 研究背景：

 

     人造草皮經(jīng)過不斷的發(fā)展，成果已經(jīng)超過了預期。第三代人造草皮在運動員表現(xiàn)和安全方面已經(jīng)得到了改善。很多研究表明，人造草皮與自然草皮的機械性能和傷害風險相近。因此，一些大型專業(yè)足球俱樂部已經(jīng)引入了這種人造草皮用于體育運動場地。

 

    由于纖維種類、填充材料、彈性層和基體結構的選擇多樣化，現(xiàn)如今的人造草皮因此具有很大的多樣性。不同結構組合的人造草皮在機械性能、可使用強度、所需的維護、運動員的使用感受，以及使用壽命方面都有所不同。之前的研究表明，人造草皮結構組成的成分會影響第三代人造草皮的機械性能，其中基層結構的種類是決定人造草皮穩(wěn)定性、承壓能力（load bearing）、平面測量（planimetry）和表面排水（surface drainage）的關鍵因素。另外，該成分對運動員與草皮之間的相互作用也有很大影響，這種相互作用包括吸震作用（shock absorption），垂直變形（vertical deformation），能量恢復（energy restitution）。

 

    在人造草皮基層結構上可安裝也可不安裝彈性層，彈性層能夠維護草皮性能并延長其使用壽命。經(jīng)證實，沒有彈性層的人造草皮足球場，其吸震作用和垂直變形的衰減速率更快（a more accelerated reduction）。由于彈性層避免了運動員與草皮的直接接觸，因此它可以降低高強度使用（intensive use）對草皮造成的負面影響。

 

    在表面成分方面，沙子和橡膠是人造草皮表面機械性能的直接決定因素。橡膠的類型或形態(tài)會改變人造草皮的性能。因此，F(xiàn)leming等人
【1】的研究表明，橡膠密度和壓實度會影響減震效果。另一項研究
【2】表明，與熱塑性填料相比，使用SBR填料可以獲得更為適中的旋轉阻力值（rotational resistance）。Villwock等人
【3】的研究則表明纖維種類可直接影響人造草皮足球場的旋轉牽引力（rotational traction）。

 

    外部因素（extrinsic factors）也能影響人造草坪足球場的表面機械性能。人造草皮在使用過程中會發(fā)生退化，從而改變其機械性能，影響功能性和安全性。同樣，氣候條件、維護和使用時間都會加速運動場表面纖維和填料的退化。之前的研究表明
【4】，高強度使用7年，其減震效果會降低10%。另一項研究表明，溫度會改變人造草皮表皮的機械性能，變化幅度根據(jù)人造草皮結構成分的不同而不同。

 

    盡管已有研究表明，人造草皮中每個單獨的結構成分對其機械性能有所影響，但是還沒有研究系統(tǒng)地分析結構組成和外部因素對草皮表面機械性能的影響。因此，這篇文章重點在于確定結構成分、機械磨損和環(huán)境條件對第三代人造草皮足球場機械性能的影響。

 

 

 

2 實驗相關：

 

2.1 樣品數(shù)量：32

 

2.2 相關標準：國際足聯(lián)質量計劃署（the FIFA Quality Programme）建立的足球草皮質量標準

 

2.3 評價機構：Labosport, Le Mans, France（國際足聯(lián)認證的實驗室）

 

2.4 相關試驗：

 

（1） 透濕試驗：將樣品完全浸濕，后晾干15分鐘后立即測試。

 

（2） 溫度試驗：根據(jù)FIFA要求，只需要在冷（-5℃）熱（40℃）環(huán)境中進行測試SA（吸震效果）。

 

（3） 磨損試驗：設備Lisport（Labosport, Le Mans, France），磨損參數(shù)5200轉和20200轉，磨損前磨損后分別測試SA（%），StV，和RR。

 

（4） 機械試驗

 

SA（%）：表面降低沖擊力的能力（shock absorption）。

 

測試設備：Artificial Advanced Athlete (Labosport, LeMans, France)

 

StV（mm）：外加載荷作用下表面的變形（vertical deformation）。

 

測試設備：與SA測試設備相同

 

RR（Nm）：釘盤在草皮上旋轉時產(chǎn)生的扭矩（rotational resistance）。

 

測試設備：一個直徑為150±2 mm的金屬圓盤，在底表面上等距分布著六個足球鞋釘，每個足球鞋釘距圓盤的中心46±1 mm。

 

 

 

3 結論：

 

（1）人造草皮結構成分的性能對其機械性能的影響比例達到78.1%。

 

（2）在人造草皮表面發(fā)生退化以及處于不同環(huán)境條件下時，其結構成分的影響會發(fā)生改變。機械磨損會增大RR，減小SA和VD。溫度對表皮機械性能影響不大。濕度會在規(guī)定范圍內減小人造草皮的吸收能力。

 

    因此，控制以上變量和維護結構成分對確保人造草皮機械性能的穩(wěn)定性和安全性十分必要。