为运动健儿保驾护航，Altair 仿真设计助力“冰上F1”！

在雪车比赛中，雪车为运动员们提供了一些额外的保护，但在蜿蜒曲折的赛道中高速滑行，对运动员来说仍然十分危险。

‍高速！危险！雪车翻车

撇开物理保护不谈，雪车赛车手在运动中已经达到了某些超高速度。截至2019年，在不列颠哥伦比亚省惠斯勒举行的BMW IBSF世界锦标赛上，4人雪车队最快时速达到了97英里/小时（156公里/小时）。

当然，为了在没有任何严重碰撞的情况下到达终点线，这些运动员在身体和心理上都为比赛进行过非常努力的训练。在雪车比赛中，输赢之间的差异可能只取决于几分之一秒。

在比赛开始时，运动员必须获得尽可能大的初始速度，并在雪车中有策略地分配自己的重量，以成功导航赛道转弯。一个错误的举动就有可能导致碰撞，进而对运动员的成绩和安全造成毁灭性的影响。借助虚拟测试技术和仿真驱动的设计方法，设计团队可以针对动态载荷下的高度非线性问题通过仿真来重现真实场景。

我们的团队之前通过 Altair^® Inspire^™，使用运动载荷模拟雪车并进行了拓扑优化。我们决定进一步研究这项工作，不仅要学习如何优化雪车的设计，还要学习如何在发生重大碰撞时使其尽可能地让雪车起到保护作用。首先在创建模型时，我们使用 Altair^® Radioss^® 模拟了两种雪车碰撞，评估了在没有经过适当训练的情况下伴随这项高速运动的伤害风险类型。

首先，我们将最初的 Inspire 模型导出到 Altair^® HyperWorks^®中，然后将其在Altair^® HyperMesh^® 中进行网格划分。

雪车的核心结构由框架和雪车外壳组成，雪车外壳在前面是封闭的，在后面是开放的。为了在模型中将雪车的外壳和加固的框架连接成一体，在 HyperMesh 中我们创建了一条焊接线来连接这些部件。接下来，我们将每个后轴连接到框架，并在前轴和框架之间定义了一个圆柱形接头。雪车上的运动员需要有足够的运动灵活性，以便领航员可以很好地操纵雪车。

雪车外壳（船体）和加固框架之间定义的连接

接下来，我们在 HyperWorks 中创建了接触，然后在特定区域中定义了接触，以便处理雪车不同部件之间的相互作用。在选择设计材料时，假定只有雪车外壳和加固框架是可变体。我们之所以使用这个假设，是因为在碰撞中，只有这些部件为乘员的保护做出重大贡献。我们分别用铝对框架、用复合材料对雪车外壳进行了材料建模。

赛道上，除了运动员在速度、重量和精确度控制之外，雪车本身结构的组成在这项运动中也起着重要作用。复合材料和碳纤维等轻质材料的引入带来了更灵活，更符合空气动力学的雪车，可以更快地加速并达到更高的最高速度。

在运行碰撞仿真时，我们首先将一个简单的载荷工况放入碰撞仿真中，以确保模型按预期运行。验证后，就可以将假人模型加入到雪车模型中了。

假人的预模拟的模型是在 HyperWorks 中使用定位功能生成的，我们使用 Radioss求解器计算模型。在仿真中使用与雪车乘员身材和姿势相当的假人，将其放置在雪车中，之后再定义了假人和雪车之间的接触关系。

包含多个假人的雪车仿真模型

我们评估了项目中的两种载荷场景：侧壁撞击和台阶撞击。侧壁撞击场景中研究当运动员失去对雪车的控制，进而导致对赛道边缘的撞击后会发生什么。台阶（低高度障碍物）撞击用于描述当轨道上存在意外障碍物（例如先前运动的轨道上的碎片或不均匀的冰）时使用标准伤害准则评估在这样的撞车事故中可能造成的乘员伤害。

侧壁冲击碰撞模拟

雪车台阶撞击（无雪车外壳）

在这种碰撞情况下，雪车在赛道上遇到了一个很小的障碍物。在比赛开始之前，赛道工作人员会清理这些冰层，以防止发生这样的撞击。在高速比赛中是很有必要将赛道清理平整的，因为即使是小于2厘米的微小颠簸或凹陷也会危及运动员。

在 HyperView 后处理软件中清楚的显示在这种类型的事故中存在显著的车辆弹出风险。根据其严重程度以及乘员在赛道上的位置，这种事故可能是致命的。

这些示例展示了雪车团队和雪车设计人员如何使用仿真驱动设计来探索多个设计和场景，而无需频繁迭代设计样机和物理测试。在像雪车这样的运动中，运动员可能会因设计不佳或设备故障而遭受严重伤害，先进的仿真使得同时研究多个设计场景变成可能，综合在一个平台上完成所有设计。

通过这种类型的仿真和优化技术，工程师可以在产品出品面向市场之前，预测并预防出现失败的设计。借助 Radioss，工程师可以评估和优化车辆碰撞和安全性、冲击以及高速冲击下的产品性能。作为准确预测碰撞响应的多功能的全面的软件，Radioss使工程师能够获得有关复杂设计可制造性的关键评估信息。