运动鞋底的晶格优化设计

2018-05-25 17:24:00 栏目: 客户案例 浏览:500

信息来源:江丙云 CAETube讲堂

Abaqus结合Tosca可快速设计点阵结构,并对其材料性能进行预测,同时应用Abaqus新增增材制造插件(AM Plug-In)快速AM工艺设置,仿真3D打印过程。
本文介绍鞋底的晶格设计案例。


引言



近年来,运动鞋产业经历了巨大的增长。特别是跑鞋会影响全身,被认为是跑步者最有价值的设备,研究发现鞋子设计上的小变化都会导致脚踝疼痛、背部疼痛、甚至头痛。

跑鞋工程师的首要目标是为“普通”运动员设计最佳的鞋子。在人体生物力学方面,因为每个人从解剖学上和功能上都不同,所以,“普适”这是一个非常棘手的概念。

每个个体都是独一无二的,其结构、运动和步态模式的差异都要求鞋子因人而异,故而在设计每只鞋时,要考虑到的关键因素有减震、弹性、合身、牵引、鞋底磨损、透气、重量等。

如图1,典型的鞋子由三个基本组成部分组成:外底、中底和上底,在接下来的演示中,我们将演示如何设计和优化中底的晶格模式,以定制更快、更轻的运动鞋。


结晶结构

如图2,晶格结构:在单元中使用两个正形面,并From ElementàAbaqus。



晶格优化设置


如图3,针对晶格结构定义尺寸,采用Tosca进行优化设置。




边界条件和载荷:映射加载人站在鞋上时的负荷,如图4.

目标:最大刚度(最小应变能)

约束:

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

   壳:1.00 mm (frozen area)

   相对体积 < 1.0


优化结果

Tosca优化迭代和应变能、相对体积变化如图5所示。

图5 优化结果和迭代过程



Tosca最优结果如图6所示。

图6 优化结果


讨论

以上采用Abaqus、Tosca优化了鞋底的晶格结构,然后对优化几何进行重构,如图7所示。

图7 结构重构




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