復合材料在體育領域始終占據關鍵地位。新型材料正打造出更輕、更強、更耐用且可定制化的滑雪板、自行車、雪橇、沖浪板、球拍、高爾夫球桿、槳具、雪杖、冰球桿、頭盔及運動鞋等裝備。與此同時，體育行業(yè)對可持續(xù)性的要求持續(xù)提升，制造商需在性能與環(huán)保之間尋求平衡，而裝備性能不僅取決于材料與結構，更與運動員的使用交互密切相關。

安道爾體育動力學實驗室（Sport Dynamics Lab）開創(chuàng)了全新的性能評估方法，跳出標準化靜態(tài)測試局限，精準測量裝備動態(tài)響應，結合運動員遙測數據與多傳感器信息，借助人工智能挖掘數據關聯(lián)、輸出可落地的優(yōu)化建議。實驗室還基于實測數據構建校準數字孿生模型，驗證裝備性能預測結果，大幅縮短原型研發(fā)與評測周期。

實驗室創(chuàng)始人亞歷克斯?亨格（Alex Hunger）深耕技術研發(fā)十余年，與馬威克（Mavic）、薩洛蒙（Salomon）、尼德克集團（Nidecker Group）等品牌及頂級職業(yè)戰(zhàn)隊深度合作，持續(xù)迭代動態(tài)測試與數字孿生技術。

“我們通過動態(tài)測試、場地遙測與建模分析結合，為戰(zhàn)隊與制造商提供數據化的性能決策依據?！?nbsp;亨格解釋道，“幫助制造商厘清復雜系統(tǒng)的真實運行規(guī)律，實現產品設計的客觀對比與材料優(yōu)化。依托專利技術柔性動力學測試（Flexdynamics）與經驗數字孿生閉環(huán)（Empirical Digital Twin Loop）工作流，我們將主觀感受與經驗假設轉化為精準數據，重塑體育裝備性能的測量與認知體系?！?nbsp;該技術還具備跨領域拓展?jié)摿?，可應用于無人機螺旋槳、機翼等部件，動態(tài)響應特性同樣決定這類產品的性能與耐用性。

三點彎曲測試已無法滿足需求

亨格指出，滑雪板與單板行業(yè)幾乎所有廠商，仍以靜態(tài)剛度與柔順度作為核心性能評價指標?！芭袛嗷┌迤焚|與耐用性，傳統(tǒng)方式僅靠三點彎曲測試，數值達標即判定合格。但我們測試過剛度一致的滑雪板，運動員在雪道實測時卻反饋‘一款好用、一款難用’。用戶感知的并非靜態(tài)屬性，而是動態(tài)表現。大量剛度相近的滑雪板，在扭轉與彎曲阻尼上表現差異顯著?！?/span>

體育動力學實驗室將實驗室動態(tài)測試數據，與高精度 GPS、加速度計等傳感器采集的實地使用數據結合，通過人工智能工具深度解析，把裝備動態(tài)行為轉化為可量化數據。

阻尼是系統(tǒng)振動隨時間衰減的特性，體育裝備的振動源于動能輸入，通過結構材料阻尼耗散，實際使用中還受摩擦、空氣阻力等因素影響?！盎┡c單板運動員所說的響應性，本質就是扭轉阻尼?！?nbsp;亨格表示，“我們與尼德克集團開展的大規(guī)模關聯(lián)研究，已清晰驗證這一結論。”

實驗室與自行車輪圈制造商馬威克的合作研究同樣印證了動態(tài)性能的重要性。“對比設計尺寸一致的鋁合金輪組與全碳纖維復合材料輪組，其側向性能與阻尼的關聯(lián)度，遠高于與剛度的關聯(lián)度?！?nbsp;輪組側向性能直接影響騎行穩(wěn)定性、操控性與動力傳輸效率，是自行車核心性能指標。

“體育行業(yè)長期存在諸多固有認知，但極少有人從物理層面測量系統(tǒng)真實運行狀態(tài)?！?nbsp;亨格說，“我們通過數據采集與分析建立客觀關聯(lián)，用數據揭示本質，為產品決策提供支撐?！?/span>

Sport Dynamics Lab通過實驗室測試結果，結合來自精密GPS、加速度計和其他傳感器的使用遙測，將動態(tài)行為轉化為數據，然后使用人工智能工具獲得洞察力。

技術方案研發(fā)歷程

亨格擁有 20 年研發(fā)經驗，早期以工業(yè)設計師與工程師身份，參與勞斯萊斯、阿斯頓馬丁內飾設計，醫(yī)療行業(yè)肺容量檢測設備研發(fā)，以及飛利浦照明產品開發(fā)，期間始終自主搭建測試與生產設備?！澳稠椖啃枰獰岢尚凸に?，我就自制真空成型機與小型注塑機。”

沖浪板可持續(xù)材料研發(fā)，是亨格關注振動阻尼的起點?！拔乙庾R到需要專屬測試方法，于是改造三點彎曲設備，加裝可快速釋放的擺臂，讓沖浪板產生振動并測量阻尼特性，隨后開發(fā)配套軟件，實現高質量數據采集與重復測試，這一技術雛形誕生于 2018 年?！?/span>

亨格為該技術申請專利，命名為柔性動力學測試（Flexdynamics）。“技術核心源于產品實際使用中的物理現象，目標是最大程度還原使用場景，同時保證測試精準可重復?！?/span>

技術落地的最大難點，是解析數據背后的物理規(guī)律與數學邏輯。伴隨公司發(fā)展，實驗室搭建了專業(yè)遙測系統(tǒng)，配備厘米級精度 GNSS 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（含實時校正）與運動員訓練標準傳感器設備?；┌濉⒆孕熊囓嚰苌系募铀俣扔?，可采集不同路況、速度下的振動信號與頻率特征，結合實驗室測試數據交叉驗證，實現對裝備性能的深度理解。

最終，實驗室將精準數據、物理解析、智能分析與可視化整合，形成完整服務體系，提供研發(fā)、測試、結果解讀全流程服務，客戶遍布南非、法國、瑞士、亞洲等地區(qū)，涵蓋體育品牌、代工廠、職業(yè)戰(zhàn)隊與運動員。

柔性動力學測試工作原理

以滑雪板測試為例，實驗室先確定裝備實際使用中的受力接觸點，作為設備支撐基準，支撐點限制垂直位移，其余方向可自由活動；加載臂對準滑雪板固定器安裝位置，通過軟件設定 2-30 毫米下壓位移，保壓不足 1 秒記錄受力數據后快速釋放，滑雪板產生自由振動。

設備搭載的傳感器以約 240 次 / 秒的頻率采集振動信號，直至振動停止。軟件自動重復測試，直至 10 次試驗初始位移誤差控制在 ±1 毫米內，隨后依次測試板頭、板尾性能，切換為扭轉測試模式，記錄扭轉角度、扭力數據后，開展 10 次重復阻尼測試。所有數據經人工智能工具濾波、模式識別，輸出客觀評測結果，實現 AI 自主學習迭代。

扭轉測試是核心環(huán)節(jié)?！芭まD直接改變滑雪板、單板的阻尼特性，關聯(lián)研究證實，這正是運動員感知性能的關鍵。無扭轉的柔性動力學測試，與運動員主觀評價幾乎無關聯(lián)；整合阻尼與扭轉全維度數據，才能精準判斷厚度、設計、材料變化對實際使用性能的影響。”

首階響應、能量耗散與復雜系統(tǒng)解析

體育動力學實驗室測試的產品，大多屬于欠阻尼系統(tǒng)，受擾動后振動衰減并趨于穩(wěn)定?！斑@類系統(tǒng)的核心特征，集中體現在響應初始階段。” 亨格解釋，“首階回彈峰值可計算回彈超調率，例如下壓 10 毫米后回彈 5 毫米，回彈率為 50%；回彈 7 毫米則為 70%?！?/span>

柔性動力學測試超越傳統(tǒng)三點彎曲，不僅可測量剛度，還能獲取阻尼、扭轉全維度數據，包含首階響應、阻尼系數等指標，形成材料、設計、系統(tǒng)的動態(tài)指紋，為橫向對比提供標準。

“首階峰值還能反映結構回彈速度。兩款靜態(tài)剛度相同的滑雪板，回彈速度可能截然不同，這種回彈節(jié)奏就是運動員所說的‘爆發(fā)力’與‘響應性’，對單板、滑板的跳躍、旋轉動作至關重要。”

     除首階峰值外，實驗室還量化振動衰減速率與系統(tǒng)能量耗散效率?！皩嶋H裝備的阻尼為有效阻尼，不僅包含材料阻尼，還涵蓋界面、摩擦、裝配結構損耗，部分產品還涉及輪胎、固定器系統(tǒng)。我們提取能量吸收與控制指標，為自行車車把等部件提供核心優(yōu)化依據?！?/span>

自行車車把由多管件組成，系統(tǒng)復雜度較高，而自行車輪組更為復雜，輻條張力、輻條與輪圈材料、輪圈截面、輪胎規(guī)格、胎壓、胎殼厚度等多變量相互作用。供應商往往僅關注單一部件性能，但騎手感知的是系統(tǒng)級動態(tài)響應。

“我們的技術正是為這種真實場景設計?！?nbsp;亨格表示，“將實驗室可控測試與裝備、運動員傳感器遙測數據結合，構建完整性能圖譜，解析路面、雪道與運動員帶來的激勵信號，精準還原實際使用中的動態(tài)特性。”

仿真模擬與全流程解決方案

有限元分析（FEA）與仿真技術，是性能預測與驗證的核心支撐，可加速原型研發(fā)與評測。實驗室將柔性動力學測試與多類型仿真軟件結合，還原真實載荷與邊界條件，靜態(tài)有限元分析精度可達 ±3%，實現建模與實測高度契合。

廠商可提供 3-20 種不同結構方案，實驗室同步開展柔性動力學測試與對應有限元仿真，精準表征材料性能，配合自動化分析工具，構建經驗數字孿生閉環(huán)，不僅能評估現有性能，還可輸入設計變更，預測并驗證全新性能表現。

實驗室將數據可視化并上線云端平臺，用戶可查看速度地圖、運動員運動學數據、系統(tǒng)振動與阻尼狀態(tài)，不僅能理解產品性能，還能獲取過彎等動作的優(yōu)化建議。數據可與校準后虛擬孿生模型聯(lián)動，多指標綜合解讀，實現不同裝備在多場景下的橫向對比。

“我們不僅做測量，更將測試與建模整合到研發(fā)工作流中，打造端到端全流程解決方案?！?nbsp;亨格補充道，“不局限于柔性動力學測試結果，而是結合統(tǒng)計模型與人工智能分析，輸出全方位決策支持?！?/span>

生物基與回收復合材料的性能評估

可持續(xù)材料研發(fā)是亨格深耕的領域。2017 年沖浪板研發(fā)項目中，他獲得熵樹脂（Entropy Resins）支持，該公司是生物基環(huán)氧樹脂先驅，2018 年被古珍兄弟公司（Gougeon Brothers）收購；亨格還與巴普公司（Bcomp）合作，開展亞麻纖維增強材料研究。

“眾多企業(yè)希望從傳統(tǒng)復合材料轉向環(huán)?？沙掷m(xù)材料，五六年前生物基環(huán)氧樹脂應用受限，如今市場接受度顯著提升，但行業(yè)仍需數據支撐，建立對生物復合材料實際性能的信心。數據驅動的測試、建模與人工智能輔助分析，可加速技術迭代，減少試錯成本。” 

亨格觀察到，部分品牌追求可持續(xù)性卻不愿調整設計?！靶虏牧贤枰⒄{產品厚度，才能保持原有彎曲性能。我們的方案是摒棄實地試錯，先在實驗室建立現有產品的靜態(tài)、動態(tài)性能基準，再開展原型材料迭代篩選，待方案定型后開展實地驗證，全程用數據佐證阻尼、扭轉性能變化，降低新材料應用風險與成本。”

未來應用場景拓展

體育動力學實驗室正推進符合 ISO 標準的測試流程與認證體系，技術應用逐步跳出體育領域，邁向更廣闊市場?！拔覀兊姆椒ǜN近航空航天標準，同時適配體育行業(yè)低成本、短周期的需求，打造高性價比、高靈活性的解決方案，無需為自行車輪組開展多年研發(fā)?！?/span>

數據、建模和人工智能輔助分析可以對沖浪板等應用中的不同材料進行比較，這有助于確保性能保持甚至提高，例如，使用新的、更可持續(xù)的材料和工藝。

柔性動力學測試設備已完成適配升級，可測試更多品類產品、材料與動態(tài)特性。除傳統(tǒng)剛度、回彈、阻尼指標外，實驗室定制多款夾具，開展輪胎自由響應、漸進載荷與壓力測試，拓展至彈性體材料、泡沫材料、多孔結構等領域，還可整合多類型測試設備協(xié)同工作。

未來核心應用方向包括無人機、賽車等領域?！盁o人機市場快速擴張，螺旋槳、機翼、支架等部件需承受持續(xù)動態(tài)載荷，我們的技術可精準評估其性能。賽車氣動彈性領域同樣具備應用潛力，例如僅靠氣動載荷驅動的被動部件，我們可完整測量其動態(tài)表現。” 亨格表示，公司將穩(wěn)步推進技術落地。

   運動動力學實驗室未來可能的應用包括無人機和賽車運動中承受高振動載荷的結構。

“我們已積累多品類、多結構、多材料的測試經驗，可構建精準仿真模型，預測結構與系統(tǒng)的動態(tài)響應。我們始終追求數據的精準性與實用性，助力企業(yè)與戰(zhàn)隊做出關鍵決策。技術已覆蓋騎行、雪上運動、復合材料等領域，將主觀感受與經驗認知轉化為可測量的物理規(guī)律與客觀數據。復合材料本身是組件系統(tǒng)，而我們優(yōu)化的裝備是更高維度的系統(tǒng)，既要優(yōu)化復合材料性能，更要統(tǒng)籌整體設計，而這一切，都離不開可靠的數據支撐?！?/span>

此文由中國復合材料工業(yè)協(xié)會搜集整理編譯，部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請注明出處。