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体育物理:利用仿真预测运动损伤和设计防护设备

许多运动利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)小腿垫,以及不太明显的情况,如马拉松运动员的鞋垫。随着比赛变得越来越激烈,运动科学已经转向模拟来了解损伤的本质,并在不牺牲性能的情况下专业地设计防护设备。

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试验假验,体育科学在体育伤害和个人防护设备(PPE)研究中使用增强的人类代理模型。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 Madymo.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

SIMCENTER MADYMO模拟足球标题和头部响应的生物力学。来源:英国运动医学杂志

Loughborough大学的体育技术研究所(STI)是世界上体育产业领先的研究小组之一,也是英国最大的研究群体之一。他们用Altair HyperWorks.TM值实际上模仿这些虚拟人代理并模拟体育影响情景。使复杂几何形状的离散能力是与这种类型的研究相关的关键挑战,并且网格的质量显着影响模型的行为和准确性。

扫描股骨(左)和网状股骨(右)

在HyperWorks中使用有限元(FE)建模,可以测量许多加载现象,这些现象无法用合成模型在物理试验中以相同的细节测量。

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。

仿真在Altair HyperWorks中影响大腿的球

STI开展广泛的研究,包括运动鞋、技术服装、防护设备、球、球拍、球杆、球拍和健身设备。HyperWorks将是未来FE模型开发不可或缺的一部分,并将成为替代开发周期的关键组成部分。

在最新的仿真技术的帮助下,运动员正在表现更好,更加擅长避免伤害,延长他们以前认为可能的事业。设计和验证具有仿真的保护设备的性能有助于确保竞争对手唯一的竞争对手是录制书籍。