研究目的使用基于多体运动的水下海豚泳打腿数值模拟方法研究水下海豚泳打腿过程中运动员周围的流场特性,净流向力变化,以及髋关节屈曲角度和踝关节内收角度对水下海豚泳打腿的影响。研究方法使用三维扫描得到一名男性游泳运动员身体形态数据,对数据进行逆向重构,得到游泳运动员的CAD模型。根据水下海豚泳打腿技术动作的特点,对运动员模型的各运动关节进行精细分离,将运动员模型划分为各运动环节,通过控制各运动环节的运动实现水下海豚泳打腿动作的模拟。流体流动的控制方程为不可压缩黏性流体的纳维-斯托克斯方程和连续性方程,湍流模型选择RNG k-e模型。使用计算流体力学软件包ANSYS Fluent 19.0作为求解器进行计算求解。通过改变伸展打腿结束时髋关节的屈曲角度得到三种不同的水下海豚泳打腿动作模式;通过旋转下肢各运动环节得到三种不同踝关节内收角度的运动员模型。研究结果本研究中,净流向力的变化趋势与前人的研究结果基本一致。当水流经过运动员模型的额头、臀部、足跟和做屈曲运动的膝关节等部位时速度增加,而水流经过运动员模型的颈部、腰部和做屈曲运动的髋关节等部位时速度减慢。在伸展打腿结束时,大型的涡结构从运动员模型的膝关节和足部脱落,而在屈曲打腿过程中,一系列小的涡结构从运动员模型的足部脱落。在屈曲打腿阶段结束前,运动员模型受到的阻力达到最大值,在伸展打腿开始后,运动员模型受到的推进力达到最大值。运动员模型受到的阻力随着伸展打腿结束时髋关节的屈曲角度的增大而减小。不同踝关节内收角度的运动员模型在水下海豚泳打腿过程中受到的净流向力差异很小。结论基于多体运动的水下海豚泳打腿数值模拟方法具有一定可行性。在运动员进行水下海豚泳打腿的过程中,涡结构从运动员身体表面流场中速度梯度较大的区域脱落。涡结构的脱落主要发生在运动幅度较大的下肢,且伸展打腿阶段和屈曲打腿阶段脱落的涡结构不同。推进力主要产生于伸展打腿阶段,且主要来自运动员的足部。髋关节屈曲角度对净流向力有一定影响,在伸展打腿结束时,当髋关节的屈曲角度从20°增大至30°,运动员受到的阻力减小;踝关节内收角度对净流向力的影响较小。