跳台滑雪运动是冬奥会赛场上的一项重要比赛项目。目前,国内外对跳台滑雪运动的研究主要集中在以下三个方面:一是运动员自身安全;二是滑行技巧;三是跳台滑雪过程中所产生的空气动力学问题,而荷载和环境对跳台主体结构的影响以及运动员在助滑道滑行过程中滑板与冰界面之间的力学行为尚未有人研究。跳台主体结构在受到荷载与环境作用下会产生应力和位移,这对其安全性有重要影响。同时运动员在助滑道滑行过程中,滑板与冰界面间的力学行为对其比赛的成绩也有着重要影响。因此本文对跳台主体结构在荷载与环境作用下的力学响应及运动员在跳台滑雪过程中滑板与冰界面间的力学行为进行研究。研究成果可为跳台滑雪运动提供合理的建议,具有重要的理论与实际意义。本文通过试验与仿真模拟对以下几个方面进行研究:(1)荷载、环境条件下跳台主体结构力学响应仿真分析。通过ABAQUS分析自重荷载、整体升温或降温、空气对流和太阳辐射对跳台主体结构的影响。得出:在自重荷载、整体升温或降温条件下,跳台主体结构的线型变化处、跨中位置应力和位移较大。在降温荷载条件下跳台主体结构产生的位移与自重荷载作用下产生的位移方向相同,升温荷载条件下产生的位移与自重荷载作用下产生的位移方向相反,因此降温对跳台主体结构位移的影响更大。在空气对流与太阳辐射的作用下,跳台主体结构内部的温度场会发生变化,使得跳台主体结构产生应力及位移,但其影响程度小于整体温度变化对跳台主体结构的影响。因此在设计过程中应将自重荷载与降温荷载作为跳台主体结构的设计荷载,同时在后期监控过程中应重点监控线型变化处及跨中位置的应力与位移变化。(2)滑板与冰界面摩擦系数试验研究。首先对冰浆的配合比进行设计,确定冰浆配合比为:雪:水=60%:40%。通过冰摩擦试验,分析不同试验温度、重量以及速度对滑板与冰界面间摩擦系数的影响。得出:在试验重量为18.7-26.2kg的范围内,随着重量的逐渐增加,摩擦系数会呈现出减小的趋势;随着滑行速度的逐渐增加,摩擦系数会呈现出先增大后减小的趋势;冰面温度为-1℃时的摩擦系数高于冰面温度为-15℃时的摩擦系数。(3)基于热力耦合原理滑板与冰界面力学行为仿真研究。动态模拟跳台滑雪运动员的下滑过程,分析下滑过程中冰面初始温度、运动员速度以及运动员重量对滑板与冰界面力学行为的影响。得出:在滑板与冰界面发生相对滑动时,冰面温度会升高。随着运动员速度的逐渐增加,冰面的最高温度也逐渐增加。滑行速度小时,冰面温度变化比较明显,滑行速度增大后,冰面温度变化趋于平缓。同时,运动员速度变化对冰面应力无显著影响,而冰面的位移会随着运动员速度的增加而增加。重量越大的运动员在下滑相同高度时所产生的热量会越多,使得冰面的温度越高。在冰面初始温度为-10℃时,运动员获得的速度最大,因此推荐冰面的控温系统将冰面温度维持在-10℃左右。