体育物理:利用仿真预测运动损伤和设计保护齿轮
许多运动都使用保护设备来帮助运动员防止受伤,从拳击帽和手套,到足球(足球)胫垫,以及不太明显的情况下,如马拉松运动员的鞋垫。随着竞争越来越激烈,体育科学已经转向模拟来了解伤害的性质,并在不牺牲性能的情况下熟练地设计防护装备。
类似于汽车制造商如何在其车辆安全测试中使用模拟碰撞测试假验,体育科学使用增强的人类替代模型,体育伤害,体育安全和个人防护设备(PPE)研究。这允许他们捕获准确的装载条件和生物响应数据,并运行数千个测试场景的迭代,以优化PPE以抵消有害负荷。使用计算机模型,他们可以捕捉运动员对影响的反应,包括力量如何影响体内的相互作用组织系统和骨骼结构。
领先的汽车乘员安全技术,Simcenter参数化TM值由西门子,也用于许多体育影响研究。SIMCENTER MADYMO使用与车辆碰撞测试中使用的相同的生物力学模型,允许体育科学家确定碰撞的短期和长期影响,优化防护头盔和车身垫,甚至优化人造草的摩擦,以降低伤害的风险播放领域。Altair客户可以通过它访问SimCenter MadymoAltair合作伙伴联盟。
拉夫堡大学(Loughborough University)的体育技术研究所(STI)是世界上领先的体育产业研究组织之一,也是英国同类研究中最大的。他们使用Altair HyperWorks.TM值以虚拟模拟这些虚拟人类替身,并模拟运动影响场景。离散复杂几何图形的能力是这类研究的关键挑战,网格的质量显著影响模型的行为和准确性。
在HyperWorks中使用有限元(FE)建模,可以测量许多加载现象,不能在具有合成模型的物理测试中以与物理测试相同的细节测量。
在考虑体育影响场景时,通常存在局部高应力和元件变形的区域,这都是几何形状(例如骨突起)或冲击位置的特征的函数。因此,网格偏置通常是必要的。通过高核心促进的这些特征的增强控制使得Mesh改进更容易进行和操纵以进行进一步的迭代。
STI采用广泛的研究,包括运动鞋,技术服装,防护装备,球,蝙蝠,俱乐部,球拍和健身器材。HyperWorks将成为FE模型的未来发展,并将形成代理开发周期的关键组成部分。
在最新的模拟技术的帮助下,运动员们的表现越来越好,在避免受伤方面也变得越来越熟练,这使得他们的职业生涯超出了以前的想象。通过仿真来设计和验证防护设备的性能,有助于确保竞争对手唯一打破的是记录。