Abaqus-之滑板的仿真

       滑板是许多年轻人喜欢的运动，本文就滑板的受力模型通过Abaqus进行仿真模拟。滑板实际模型较为复杂，本文大致描述模型创建的过程，而不探讨细节。下面从一个简单实验开始。

简单的对标实验

分析滑板不是一件容易的事，因为它的几何形状复杂，以及用来制造滑板的材料。传统上，制造滑板多采用多层板复合材料，通常为 7-9 层。我决定在计算机上建立一个简单的板模型来模拟板的受力行为。我从一个旧滑板切取了板试样，之后，我利用它在专业实验室进行的弯曲测试。

物理测试的主要目的是找到甲板偏转和承载质量值之间的关系。测量只采用尺子，因此获得的数据可能远非准确。然而，粗略的结果足以判断我的数值模型是否可以接受。在我进入模型创建过程之前，我必须找到在有限元分析中至关重要的材料属性。在那个阶段，我发现了一本非常有用的木材手册，其中介绍了相关的木材料数据。利用这些数据，我在Abaqus建立了一个壳体几何，并将材料数据应用于该模型。之后，我添加合适的边界条件及载荷。实验结果如下。

图1 、板的弯曲测试实验

图2 、Abaqus模拟结果

图3 、Abaqus仿真几种材料力-位移曲线

在Abaqus中查看力位移图，可以看到数值模型结果与物理测试相差不远。它表明，采用的材料数据可以假定为正确。我分析了几种不同木材构成的板的受力行为，在数字模拟，只是改变几个数值的问题。

滑板压力测试

另一个阶段是进行滑板抗压力测试模拟。它允许我们计算滑板把所能承受的压力极限。分别对四个甲板进行了测试，如下图。

图4 、滑板抗压极限试验

图5 、滑板抗压模拟结果

        尽管在模拟开始时几乎没有做出假设，但可以看出，来自真实和数值测试的结果对于具有 9 plies 的甲板来说非常接近。这也显示了从工程学的角度来看，复合材料是多么有价值。甲板结构的微小变化对强度属性有巨大的影响，而对它的重量几乎没有影响。

跌落测试模拟

在最后阶段，将人类几何形状添加到模型中，因此我可以在动态加载下模拟甲板行为。我以溜冰者 （70 公斤） 从 1 米的高度跳下来， 以最具破坏性的方式降落在滑板上。下面的动画展示了滑板要破坏的位置。

对于此特定公况，我没有任何实验数据来检查数字模型是否正确。但是，我可以将获得的力与静态压力测试的值进行比较。从静态模拟中，我知道甲板应该在3000-4000N的加载下断裂。4000 N 之后，反应力值开始波动。这是滑板开始断裂的时刻。

结论

使用Abaqus仿真能很好的预测滑板的受力行为，节约产品研发成本。