鞋合不合适，不只脚知道，CAE也知道！

2月前浏览978

家人们，今天你买鞋了吗？是不是还在为心意鞋子的舒适度、稳定性、安全性犹豫不决？其实，鞋合不合适，不知脚知道，CAE也知道！CAE能够准确模拟足-鞋相互耦合作用，获取足部在运动过程中受到的应力分布等信息，从而为鞋子选择以及个性化定制提供依据。

ANSYS Workbench是一款强大的多物理场耦合仿真软件，可以采用绑定接触和摩擦接触两种耦合方式模拟足部与鞋子之间的相互耦合作用，包括压力分布、摩擦力、位移等参数，以评估鞋子的舒适度、稳定性以及安全性。具体步骤如下所述：

1. 建立足-鞋三维模型

首先，使用CT扫描或其他医学影像技术获取受试者的足部和鞋子的三维模型。然后，使用逆向工程软件（如MIMICS19.0）对这些模型进行细化处理，包括脚底、脚背、脚踝、鞋底、鞋面、鞋带等。最后，收集足部的生物力学特性，跑鞋的设计参数、材料特性等信息。

2. 建立足-鞋耦合模型

在ANSYS Workbench界面，选择静态力学模块和瞬态动力学模块，建立足、鞋、筋膜、韧带等有限元网格模型，设置材料的密度、弹性模量、泊松比等物理属性，并选择绑定接触和摩擦接触两种耦合方式，建立两组足-鞋耦合模型进行双足静态站立和跑步动态的模拟。

3. 设置模型的边界条件

对于静态模拟，选择双足静态站立时的压力分布作为验证标准。这种压力分布通过使用Footscan足底压力测试平板或Pedar足底压力测试鞋垫等设备进行测量。对于动态模拟，选择实验室测得的人体跑步运动学数据作为驱动足-鞋耦合模型运动的边界条件。

4. 分析和验证模拟结果

计算跑步、跳跃等各种工况下足部和鞋子的应力、应变、位移等参数。根据分析结果，评估鞋子的设计是否满足预期的性能要求，如减震、支撑等。如果鞋子的设计不符合预期，可以对模型进行修改，重新进行有限元分析，直到达到满意的结果。

以上是构建和分析足-鞋耦合有限元模型的基本步骤，具体实施过程中可能需要根据实际情况进行调整，仿真过程可能需要多次迭代以获得更准确的结果。在进行足-鞋耦合仿真时，需要考虑的因素包括：

足部形状：不同的足部形状会影响鞋子的贴合度和舒适度。通过建模足部形状，可以评估鞋子是否适合特定的足部形状。

鞋子结构：鞋子的设计对足部的支撑和保护至关重要。ANSYS Workbench可以模拟鞋子的结构，评估其对足部的影响。

材料特性：鞋子的材料特性（如硬度、弹性、耐磨性等）会影响足部的舒适度和安全性。ANSYS Workbench可以模拟不同材料在鞋子中的表现，帮助设计师选择最合适的材料。根据赤足跑鞋的材料特性，选择合适的材料模型，如线性弹性模型、非线性弹性模型等。

运动状态：在运动过程中，足部和鞋子会受到动态载荷和变形的影响。ANSYS Workbench可以模拟这些动态情况，评估鞋子在运动过程中的性能。

生物力学：足部与鞋子的接触区域可能会产生应力和应变，ANSYS Workbench可以模拟这些应力和应变，评估鞋子的耐久性和安全性。

来源：纵横CAE

Workbench携手Solidworks，轻松搞定拓扑优化模型重构！

拓扑优化以材料分布为优化对象，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。相对于尺寸优化和形状优化，拓扑优化具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的方向。ANSYS Workbench拓扑优化得到的几何模型，一般不能直接用于生产制造，我们通常需要结合加工工艺对其进行重构。可是我们该如何导出拓扑优化模型，然后对其进行实体编辑呢？看完本文，你就彻底明白了！ANSYS Workbench拓扑优化流程图Step 1：导出STL文件STL文件格式非常简单，应用很广泛，是计算机图形学处理、数字几何处理领域最常见的文件格式。拓扑优化后，在ANSYS Mechanical环境下，右击Solution中的Total Deformation，选择Export，导出STL File，选择文件保存位置并命名文件。导出STL文件 Step 2：生成实体模型ANSYS SpaceClaim是一款三维实体直接建模软件，具有强大的几何建模和修复能力。新建Geometry，右击选择Edit Geometry in SpaceCliam，导入上述STL File文件，右击网格片体转换为实体，并选择合并面，从而转化为实体模型。‍‍ 生成实体模型 1) 正视优化模型，点击菜单栏中的草图和拟合曲线，左侧列表中修改最长距离和修复选项，右侧图形区Ctrl选择所有边线，点击图形区左上角绿色对号，得到草图曲线。2) 利用设计中的草图编辑功能，对曲线细节进行修复优化，然后利用设计—>编辑—>拉动，给草图一定厚度生成实体，最后利用修复—>合并面等功能实体表面更加圆滑。Step 3：重构优化模型SCDM生成实体模型后，另存为IGS/STP等格式文件，导入到Solidworks。考虑加工工艺、制造成本和外观美化等，对导出的拓扑优化模型进行各种特征编辑操作，如拉伸、剪切、旋转等，从而得到最接近的实体模型。写在最后，注意事项：对于简单的几何模型，可以省略步骤2，用Solidworks直接打开STL格式文件进行编辑。具体步骤如下下所述：1) 点击文件—>打开，选择导出的STL格式文件，将文件格式修改为“STL（*.stl）”。点击“选项”，设置输入格式为STL/VRML、“输入为”为“实体”、“单位”为“米”，点击打开；2) 点击右下角“自定义”，选择“编辑文档单位”，先选择单位系统中的“MMGS”，然后选择再“自定义”，点击确定。模型导入成功后，就可以开始各种特征编辑操作了。来源：纵横CAE