Browsing by Author "Rouboa, Abel"
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- Computational fluid dynamics applied to competitive swimming: the role of finger positionPublication . Marinho, D.A.; Barbosa, Tiago M.; Kjendlie, Per L.; Reis, Victor M.; Vilas-Boas, João Paulo; Machado, Leandro; Rouboa, Abel; Silva, A.J.The best fingers’ relative position during the underwater path of the stroke cycle in swimming seems to be an unclear issue. Even in elite level swimmers, different relative positions of thumb and finger spreading can be observed. The aim of the current abstract was to present the hydrodynamic characteristics of a true model of a swimmer’s hand with different fingers’ positions using computational CFD.
- Computational fluid dynamics: the analysis of drag coefficient during the gliding phasePublication . Marinho, D.A.; Ramos, Rui J.; Mantha, Vishveshwar; Barbosa, Tiago M.; Rouboa, Abel; Silva, A.J.The aim of the current study was to analyse the effect of depth on hydrodynamic drag coefficient during the underwater gliding, using computational fluid dynamics.
- Dinâmica computacional de fluidos: análise do coeficiente de arrasto durante o deslize subaquáticoPublication . Ramos, Rui J.; Marinho, D.A.; Mantha, Vishveshwar; Barbosa, Tiago M.; Rouboa, Abel; Ribeiro, João; Machado, Leandro; Vilas-Boas, João Paulo; Silva, A.J.O objectivo deste estudo foi analisar o efeito da profundidade no arrasto hidrodinâmico durante o deslize subaquático, utilizando a dinâmica computacional de fluidos.
- Modelling hydrodynamic drag in swimming using computational fluid dynamicsPublication . Marinho, D.A.; Barbosa, Tiago M.; Kjendlie, Per L.; Mantripragada, Narendra; Vilas-Boas, João Paulo; Machado, Leandro; Alves, Francisco B.; Rouboa, Abel; Silva, A.J.In the sports field, numerical simulation techniques have been shown to provide useful information about performance and to play an important role as a complementary tool to physical experiments. Indeed, this methodology has produced significant improvements in equipment design and technique prescription in different sports (Kellar et al., 1999; Pallis et al., 2000; Dabnichki & Avital, 2006). In swimming, this methodology has been applied in order to better understand swimming performance. Thus, the numerical techniques have been addressed to study the propulsive forces generated by the propelling segments (Rouboa et al., 2006; Marinho et al., 2009a) and the hydrodynamic drag forces resisting forward motion (Silva et al., 2008; Marinho et al., 2009b). Although the swimmer’s performance is dependent on both drag and propulsive forces, within this chapter the focus is only on the analysis of the hydrodynamic drag. Therefore, this chapter covers topics in swimming drag simulation from a computational fluid dynamics (CFD) perspective. This perspective means emphasis on the fluid mechanics and CFD methodology applied in swimming research. One of the main aims for performance (velocity) enhancement of swimming is to minimize drag forces resisting forward motion, for a given trust. This chapter will concentrate on numerical simulation results, considering the scientific simulation point-of-view, for this practical implication in swimming. In the first part of the chapter, we introduce the issue, the main aims of the chapter and a brief explanation of the CFD methodology. Then, the contribution of different studies for swimming using CFD and some practical applications of this methodology are presented. During the chapter the authors will attempt to present the CFD data and to address some practical concerns to swimmers and coaches, comparing as well the numerical data with other experimental data available in the literature.
- Modelling propelling force in swimming using numerical simulationsPublication . Marinho, D.A.; Barbosa, Tiago M.; Mantha, Vishveshwar; Rouboa, Abel; Silva, A.J.In the sports field, numerical simulation techniques have been shown to provide useful information about performance and to play an important role as a complementary tool to physical experiments. Indeed, this methodology has produced significant improvements in equipment design and technique prescription in different sports (Kellar et al., 1999; Pallis et al., 2000; Dabnichki & Avital, 2006). In swimming, this methodology has been applied in order to better understand swimming performance. Thus, the numerical techniques have been addressed to study the propulsive forces generated by the propelling segments (Rouboa et al., 2006; Marinho et al., 2009a) and the hydrodynamic drag forces resisting forward motion (Silva et al., 2008; Marinho et al., 2009b). Although the swimmer’s performance is dependent on both drag and propulsive forces, within this chapter the focus is only on the analysis of the propulsive forces. Hence, this chapter covers topics in swimming propelling force analysis from a numerical simulation technique perspective. This perspective means emphasis on the fluid mechanics and computational fluid dynamics methodology applied in swimming investigations. One of the main aims for performance (velocity) enhancement of swimming is to maximize propelling forces whilst not increasing drag forces resisting forward motion, for a given trust. This chapter will concentrate on numerical simulation results, considering the scientific simulation point-of-view, for this practical application in swimming.
- Modelling swimming hydrodynamics to enhance performancePublication . Marinho, D.A.; Rouboa, Abel; Barbosa, Tiago M.; Silva, A.J.Swimming assessment is one of the most complex but outstanding and fascinating topics in biomechanics. Computational fluid dynamics (CFD) methodology is one of the different methods that have been applied in swimming research to observe and understand water movements around the human body and its application to improve swimming performance. CFD has been applied attempting to understand deeply the biomechanical basis of swimming. Several studies have been conducted willing to analyze the propulsive forces produced by the propelling segments and the drag force resisting forward motion. CFD technique can be considered as an interesting new approach for evaluation of swimming hydrodynamic forces, according to recent evidences. In the near future, as in the present, CFD will provide valorous arguments for defining new swimming techniques or equipments.
- Modelos propulsivos: novas teorias velhas polémicasPublication . Marinho, D.A.; Silva, José; Rouboa, Abel; Soons, Bart; Persyn, Ulrik; Vilas-Boas, João Paulo; Barbosa, Tiago M.; Reis, Victor M.; Moreira, AntónioA propulsão no meio aquático é baseada na interacção entre o movimento do nadador e o meio envolvente. Neste âmbito, o objectivo principal dos movimentos propulsivos é o de transmitir momento linear ao meio. Esta transferência de momento entre o corpo do nadador e o meio aquático é mediada pela 3ª Lei de Newton (Lei da acção reacção). A forma mais fácil e económica de gerar propulsão seria pela utilização de pontos de apoio rígidos, nos quais a mão se pudesse fixar, permitindo o deslocamento do corpo do nadador para a frente, tal como sucede no MAD System (Measuring Active Drag System; Hollander et al., 1986).
- Novas aplicações de tecnologia computacional e biomecânica ao desenvolvimento do conhecimento em nataçãoPublication . Vilas-Boas, João Paulo; Costa, Lígia; Santos, S.; Pereira, Francisco; Oliveira, N.; Rebocho, M.; Monteiro, L.; Oliveira, Sara; Jesus, Kelly de; Figueiredo, Pedro; Pereira, Suzana Matheus; Lima, António B.; Barbosa, Tiago M.; Marinho, D.A.; Rouboa, Abel; Silva, A.J.; Vaz, Mário; Tavares, Paula; Gonçalves, Pedro; Soares, Susana; Sousa, Filipa; Machado, Leandro; Fernandes, Ricardo J.A Biomecânica constitui um dos domínios das Ciências do Desporto onde o desenvolvimento tecnológico se tem revelado mais exuberante, nomeada e especialmente a par dos desenvolvimentos operados na computação e nas novas tecnologias em geral. A natação, por seu lado, constitui a referência maior de entre as modalidades desportivas praticadas na água e, de entre estas, aquela onde, aparentemente, a investigação científica tem sido mais profusa - entenda-se a natação em sentido estrito (natação pura desportiva – NPD) ou em sentido mais lato, incluindo para além das modalidades desportivas praticadas no contexto da FINA, também a natação desportiva de salvamento aquático e outras actividades aquáticas mais ou menos formalizadas (eg. hidroginástica) praticadas num contexto mais limitado de exercício e saúde. A água, entretanto, constitui um óbice muito sério à obtenção de registos e medições objectivos e relevantes para o estudo do movimento humano, seja em contexto biomecânico ou outro. As dificuldades começam imediatamente na aquisição de sinal eléctrico e na respectiva transmissão num meio com uma capacidade condutiva e com uma impedância tão particulares, para se estender depois à generalidade do espectro dos meios de avaliação biomecânica, culminando com a obtenção de imagens de corpo-todo, comummente designadas por imagens de duplo-meio, atendendo a que o desenvolvimento da actividade acontece maioritariamente na interface entre o ar e a água. É talvez por esta especificidade e dificuldade acrescidas que entendemos ser da maior relevância dar conta dos progressos, e das respectivas dificuldades, associados à aquisição de dados em biomecânica da natação na nossa faculdade, bem assim como perspectivar o recurso a soluções de avaliação simulada, como é o caso do recurso a soluções de CFD – Computational Fluid Dynamics – em que vimos colaborando com a UTAD. Para além de alguns exemplos do recurso a soluções de simulação computacional, como é o caso do recurso ao CFD em hidrodinâmica propulsiva e resistiva (importância relativa da sustentação hidrodinâmica e do arrasto propulsivo na capacidade propulsiva do nadador; drafting e posição de deslize como factores de redução do arrasto), trataremos de explorar aplicações experimentais da dinamometria, da cinemetria e da electromiografia (EMG) ao estudo da natação. Para tal sobrevoaremos os nossos projectos mais recentes, nomeadamente: (i) determinação do arrasto passivo por dinâmica inversa em duas posições de deslize na técnica de bruços; (ii) determinação dinamométrica de parâmetros caracterizadores da onda produzida por nadadores de elite nas quatro técnicas de nado a diferentes velocidades; (iii) caracterização biomecânica de partidas de nado ventral e dorsal em natação; (iv) caracterização biomecânica de diferentes variantes da viragem de estilo livre; (v) fadiga, flutuações intracíclicas da velocidade de nado e custo energético; (vi) avaliação e aconselhamento do treino técnico e prescrição do exercício com base em velocimetria mecânica; (vii) caracterização EMG de duas variantes da recuperação do membro superior na técnica de crol e (viii) caracterização EMG de movimentos elementares de pólo-aquático (retropedalagem, salto e remate). Terminaremos com uma breve referência a uma “nova” antropometria biomecânica recorrendo a algumas revelações de última hora associados ao levantamento tridimensional da forma corporal de nadadores, para melhor entender as reais repercussões do recurso aos fatos de banho de última geração, como é exemplo eloquente e mediático o LZR® da Speedo.
- Swimming propulsion forces are enhanced by a small finger spreadPublication . Marinho, D.A.; Barbosa, Tiago M.; Reis, Victor M.; Kjendlie, Per L.; Alves, Francisco B.; Vilas-Boas, João Paulo; Machado, Leandro; Silva, A.J.; Rouboa, AbelThe main aim of this study was to investigate the effect of finger spread on the propulsive force production in swimming using computational fluid dynamics. Computer tomography scans of an Olympic swimmer hand were conducted. This procedure involved three models of the hand with differing finger spreads: fingers closed together (no spread), fingers with a small (0.32 cm) spread, and fingers with large (0.64 cm) spread. Steady-state computational fluid dynamics analyses were performed using the Fluent code. The measured forces on the hand models were decomposed into drag and lift coefficients. For hand models, angles of attack of 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, and 90°, with a sweep back angle of 0°, were used for the calculations. The results showed that the model with a small spread between fingers presented higher values of drag coefficient than did the models with fingers closed and fingers with a large spread. One can note that the drag coefficient presented the highest values for an attack angle of 90° in the three hand models. The lift coefficient resembled a sinusoidal curve across the attack angle. The values for the lift coefficient presented few differences among the three models, for a given attack angle. These results suggested that fingers slightly spread could allow the hand to create more propulsive force during swimming.
- Swimming simulation: a new tool for swimming research and practical applicationsPublication . Marinho, D.A.; Barbosa, Tiago M.; Kjendlie, Per L.; Vilas-Boas, João Paulo; Alves, Francisco B.; Rouboa, Abel; Silva, A.J.Swimming is one of the major athletic sports and many efforts are being made to establish new records in all events. To swim faster, thrust should be maximized and drag should be minimized. These aims are difficult to achieve because swimmers surge, heave, roll and pitch during every stroke cycle. In addition, measurements of human forces and mechanical power are difficult due to the restrictions of measuring devices and the specificity of aquatic environment.