e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

基于ANSYS仿真技术的产品开发

2015/12/16    来源:ANSYS    作者:Stephen Silvester      
关键字:ANSYS  速比涛  CFD  
本文介绍了速比涛的工程师利用ANSYS的仿真技术,开发了速比涛Fastskin3比赛套装,助运动员取得比赛的胜利。

    在过去十年中,速比涛利用计算流体动力学(CFD)改进竞赛泳装的性能,公司的研发投入结出了丰硕的成果。

 速比涛与ANSYS的合作获得了丰富的开发成果,其中就包括具有突破意义的Speedo LZR RACER®套装。在优化这款泳装的过程中,速比涛使用ANSYS Fluent CFD软件预测伸展滑行姿态下游泳选手身体四周的流体流动,以确定哪些区域可能产生阻力影响。在2008年北京夏季奥运会上,有47块游泳金牌以及89%的游泳奖牌都是由身着速比涛LZR RACER泳衣的运动员夺得的。

 2008年以来,速比涛的研发工作已经超越了泳衣的范畴。公司内部的全球研发机构Aqualab®将ANSYS仿真软件的使用范围进行了扩展,进一步利用该软件对游泳选手的泳帽和泳镜进行优化,从而开发出了一套完整产品,为公司赢得了更强的竞争优势。这种结合多年研发成果的产品就是Fastskin3比赛套装。

世界性突破

 2011年底,速比涛最新的泳装创新产品Fastskin3首次亮相。这是一种集泳帽、泳镜和泳衣于一体的革命性比赛套装。根据研究,运动员穿戴这套产品时,全身的被动阻力最高可降低16.6%,氧气经济性提高11%,身体主动阻力可降低5.2%。

 速比涛Aqualab实验室的负责人Tom Waller博士表示:“工程仿真为这款世界领先产品的问世做出了重要贡献。游泳运动员历史上首次穿着符合流体动力学原理的全套泳装,以最高的效率在泳池中劈波斩浪。”

 在设计Fastskin3比赛套装的过程中,Aqualab利用ANSYS多物理场软件以及90多张人头扫描图像执行1200多次单独的仿真以获得实验所需的数据。这些仿真揭示了良好的拟合对于优化流体动力学性能的重要意义。因此Aqualab团队在游泳套装设计过程中采用了一种被称为拟合点标签的最新解剖学标记系统,用于识别泳帽、泳镜和泳衣上的拟合点,从而使游泳套装能够理想地贴合在人体表面。这样,不仅能最大限度提高舒适度,还能将阻力降到最低。

 Waller表示,ANSYS的CFD软件在开发这三个组件的过程中起到了重要作用。“多年以来,ANSYS一直是速比涛Aqualab小组的重要技术合作伙伴和顾问。在开发Fastskin3比赛套装时,ANSYS提供的软件让我们有理由相信我们的设计能够在实际使用中发挥出预期的性能。同时帮助我们节省了大量的资源——而在过去我们不得不将这部分资源用来进行物理测试。”

图1 在分析现有泳镜(左)和新一代设计(右)的近面流速场时,速比涛的工程人员能够立即看到流体动力学性能方面的改善

图1 在分析现有泳镜(左)和新一代设计(右)的近面流速场时,速比涛的工程人员能够立即看到流体动力学性能方面的改善

眺望未来

 在目睹了流体动力学泳衣在2008年帮助游泳选手取得辉煌成绩后,Aqualab小组开始探索如何将相同的原理应用在泳镜等其他技术装备上。

 第一步,Aqualab小组成员对现有速比涛泳镜的流体动力学性能进行研究。将现有泳镜的CAD装配体导入ANSYS DesignModeler进行清理,为表面网格剖分做好准备。然后采用Optimal Solutions 的Sculptor™形变技术将泳镜的表面网格覆盖在运动员全3D扫描面部轮廓上。随后使用ANSYS Tgrid为复杂的面部器官表面生成稳定可靠的棱柱层,并耦合到高效、高质量的六面体网格上。

 在稳定滑动条件下进行的初步仿真表明:泳镜上的局部力会形成严重的受力“尖峰”,从而影响下游流场的均匀性。现有泳镜设计形成的紊流条件会给游泳选手的游行速度造成不利影响。

图2 从模拟入水动作的自由表面仿真中,研究人员认识到现有的泳镜设计会产生严重的气泡,而且会造成紊流,给游泳选手的下游表现造成不利影响

图2 从模拟入水动作的自由表面仿真中,研究人员认识到现有的泳镜设计会产生严重的气泡,而且会造成紊流,给游泳选手的下游表现造成不利影响

责任编辑:吴星星
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐