運動鞋底的晶格優化設計

2018-05-25 17:24:00 欄目: 客戶案例 瀏覽:1790

信息來源:江丙云 CAETube講堂

Abaqus結合Tosca可快速設計點陣結構,并對其材料性能進行預測,同時應用Abaqus新增增材制造插件(AM Plug-In)快速AM工藝設置,仿真3D打印過程。
本文介紹鞋底的晶格設計案例。


引言



近年來,運動鞋產業經歷了巨大的增長。特別是跑鞋會影響全身,被認為是跑步者最有價值的設備,研究發現鞋子設計上的小變化都會導致腳踝疼痛、背部疼痛、甚至頭痛。

跑鞋工程師的首要目標是為“普通”運動員設計最佳的鞋子。在人體生物力學方面,因為每個人從解剖學上和功能上都不同,所以,“普適”這是一個非常棘手的概念。

每個個體都是獨一無二的,其結構、運動和步態模式的差異都要求鞋子因人而異,故而在設計每只鞋時,要考慮到的關鍵因素有減震、彈性、合身、牽引、鞋底磨損、透氣、重量等。

如圖1,典型的鞋子由三個基本組成部分組成:外底、中底和上底,在接下來的演示中,我們將演示如何設計和優化中底的晶格模式,以定制更快、更輕的運動鞋。


結晶結構

如圖2,晶格結構:在單元中使用兩個正形面,并From ElementàAbaqus。



晶格優化設置


如圖3,針對晶格結構定義尺寸,采用Tosca進行優化設置。




邊界條件和載荷:映射加載人站在鞋上時的負荷,如圖4.

目標:最大剛度(最小應變能)

約束:

     晶格:1.0 mm (design area bounds: 0.30 -3.42 mm)

   殼:1.00 mm (frozen area)

   相對體積 < 1.0


優化結果

Tosca優化迭代和應變能、相對體積變化如圖5所示。

圖5 優化結果和迭代過程



Tosca最優結果如圖6所示。

圖6 優化結果


討論

以上采用Abaqus、Tosca優化了鞋底的晶格結構,然后對優化幾何進行重構,如圖7所示。

圖7 結構重構




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