利用 HyperWorks 实现对运动撞击情景 的精确仿真建模
作者：Simwe 来源：Altair 发布时间：2015-01-20 【收藏】 【打印】 复制连接 【大 中 小】 我来说两句：(0) 逛逛论坛
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拉夫堡大学体育技术学院 (STI) 始建于 2007 年，是世界领先的，同时也 是英国最大的体育工程学科研团队。目前，STI 已同多家全球领先的体育用品 品牌及战略商业伙伴广泛建立合作关系。 STI 拥有设施一流的固定实验室，可供科研团队完成从初始概念到最终产 品的全部过程。实验室中设备齐全，便于科研团队对产品系列进行设计、开发、 样机制造、测试和优化。他们还可以自行制作定制设备，以满足特定研究项目 的要求。 开发用于研究运动类个人防护装备 (PPE) 的增强型假人模型是该学院主 要的研究活动之一。撞击类假人模型可用于模拟真人，研究人员可通过对假人 模型施加伤害性载荷（如用球撞击大腿）来分析人体的反应行为。 什么是个人防护装备？ 个人防护装备 (PPE) 是运动员在体育活动过程中必不可少的安全防护设 备。人体的结构异常复杂，具有许多相互交织的组织结构和复杂的解剖几何。 在研究运动撞击情景时，采用精确的假人模型将有助于研究人员了解人体的真实反应行为。 |
解决方案
假人模型的研发
Tom Payne 是 STI 的一名博士研究员，专注于研发用于改进运动类 PPE 评估效果的新型合成虚拟假人模型。 为研发出精密的假人模型，从而能够更准确地预测人体的反应行为，有必要对这些复杂的人体结构进行建模。在 对这些结构进行建模时，大多数普通有限元 (FE) 前处理器或网格划分工具所具备的网格划分功能远远不能满足需求，于是，HyperMesh 应运而生。 能否对复杂几何进行离散求解是这类研究的关键挑战所在。网格的质量是影响模型特性最重要的因素之一。鉴于精确获得假人模型反应（尤其在验证合成假人模型时）的重要性，能否对复杂几何进行网格划分是研究过程中不可或 缺的一步。
经扫描的股骨 经网格划分的股骨
有限元模型是必不可少的诊断工具，它不仅可以报告假人模型的预期行为，同时还能够报告更复杂的合成假人模 型的开发进展，从而无需再进行既昂贵又耗时的原型制作。通过有限元建模，许多无法在合成模型中详细测量的载荷 现象都可实现精确测量，从而无需人为创建应力集中点，因此可避免降低仿真度。
高效生成高质量模型
通过学习在线教程和求助曾参加 Altair 培训课程的同事，Tom 用 HyperMesh 清理了扫描几何，并生成一个高质 量网格。
几何编辑工具可以高效清理导入扫描几何时产生的任何不一致之处。这一功能非常重要，因为所有用于假人模型 评估的人体结构均为非标准形状，因此经常会难以体现某些细节。这款软件的诊断功能同样也非常有助于评估网格的 质量和一致性。
在研究运动撞击情景时，有些部位必然会承受局部高应力和单元形变，而这两者都会对几何特征（例如，骨性突 起）或撞击位置产生作用。因此，通常要进行网格偏移。研究人员可利用 HyperMesh 来加强对这些特征的控制，以 便更轻松地完成网格优化，从而顺利实施和管控后续迭代操作。
总的来说，这款软件可用于生成高质量网格，使研究人员能够以高效计算的方式准确描述复杂的解剖几何。
结论
STI 的研究涉及众多研究，包括运动鞋、技术服装、防护设备、球类、球棒、球杆、球拍和健身器材，因此，
HyperWorks 有望在其未来的研究项目中得到更广泛的应用。 日后，这一研究领域将涉及如何针对身体的不同部位，对越发复杂的几何和撞击情景进行建模。未来，HyperWorks
将是有限元模型研发中不可或缺的要素，同时也将成为假人模型开发过程的关键一环。
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