世界杯中的CAE仿真

weixin

　　四年一届的世界精彩继续，德国、巴西、阿根廷等诸多传统强队令人大跌眼镜，而青春风暴的法国、低调有内涵的克罗地亚，最终会师决赛，决战莫斯科。

　　本次世界杯中，“科技改变足球”的趋势更加显著——大数据预测、全新的足球制造工艺、带芯片的智能足球、门线判定技术、视频辅助裁判等高科技手段的应用，对球员行为和裁判判罚都产生了重要影响。

　　对于广大的足球迷兼工程师们，除了看球星的颜值和精彩表演外，还可以了解一些运动场上的CAE黑科技，也许能启发平时工作的设计灵感。

　　比如，世界杯用球“电视之星”，仅用6块皮拼接，使用了立体球面，足球更圆，且内置了NFC芯片。基于ANSYS CFD，可以对 “电视之星18”足球的空气动力学特性进行仿真，分析电梯球、香蕉球的飞行特性，减少守门员“黄油手”的出错概率。

　　比如，植入芯片的智能足球，在训练时，可以捕捉球员的踢球部位、踢球力度、踢球角度，经过电脑运算可以实时反馈足球的飞行轨迹、飞行速度。

　　也就是说，C罗踢出的任意球，速度多快、角度如何、会不会进球，是可以靠芯片反馈的信息实时仿真得出的，电脑比C罗本人都更了解他的踢球习惯哦。

　　比如，本届世界杯终于采用了门线技术，避免了进球冤案的重演。而将芯片植入足球，再基于电磁场感应的门线技术，可以用于判断足球是否进了球门，而且比基于摄像头的门线技术更精确、更实时哦!

　　在足球运动器材领域，NIKE制造的护腿板，内部结构是这样的，更轻便、更耐踢，巴西的内马尔同学别着急回家，这款产品了解一下——

　　对于足球鞋，各家运动鞋制造商都在大力开发基于新材料的轻量化结构，运用拓扑优化技术，甚至生产了3D打印球鞋，鞋底更轻、更强。有趣的是，NIKE在新款足球鞋Magista 2的新闻发布会中，特意用了“有限元”的高科技术语，来标榜鞋子的科技含量：“新一代球鞋，由于在鞋底使用了名为Finite Element Analysis的分析技术，因此在整体重量上比上一代要轻30%。从实际球员的体验来说，球鞋给人的感觉就像是一双厚袜子。”

　　比如，C罗穿的这双酷炫的Nike球鞋，其鞋底加强筋的布置和鞋钉的形状，是专门针对球员的踢球习惯做了结构优化设计和刚度加强的，在变向、启动和转身时给予球员更灵活迅速的反馈。

　　比如，法国球星格里兹曼的PUMA球鞋，其鞋底的加强筋和鞋钉设计是这样的。至于哪种设计更能发挥球员能力，笔者真不好说。

　　在体育场设施上，CAE仿真就是更不可或缺的角色了。下图中的上届世界杯巴西利亚体育场，其屋顶直径达309米，是世界上最大的圆形屋盖之一。设计过程中使用ANSYS CFD进行了风工程仿真，计算规模达1.2亿自由度，使用了HPC的高性能并行计算，一次模拟计算仅需四小时完成。通过风荷载计算，可以明确体育场的风荷载分布、风的正压和负压等关键数据，保障了结构的安全性。

　　此外还利用ANSYS Mechanical进行了结构力学分析，使用了10万梁单元和壳单元建立结构动力学模型。基于预应力模态分析的结果，结构一阶模态为扭转模态 (0.5Hz)，此外弯曲模态也能满足工程要求。

　　最后，再次友情提醒，偶尔熬夜看球之余，也要注意休息调整哦，保重身体才是第一生产力。

　　来源：安世亚太公众号(ID：Peraglobal),部分图片来源于网络。