Каковы Преимущества Использования Сеток Из Треугольных Призм И Тетраэдрических Элементов Второго Порядка При Моделировании Защитной Обуви?

Основным преимуществом использования сеток из треугольных призм и тетраэдрических элементов второго порядка при моделировании носка защитной обуви является достижение высокоточных результатов моделирования без чрезмерных вычислительных затрат. Этот гибридный подход позволяет точно отслеживать градиенты напряжений и передачу контактных сил в тонкостенных компонентах, подвергающихся значительным структурным деформациям. Используя эту конкретную стратегию дискретизации, инженеры могут гарантировать, что цифровые паттерны разрушения точно отражают результаты реальных физических испытаний.

Использование гибридной стратегии моделирования — треугольные призмы для основной части и тетраэдрические элементы второго порядка для контактных зон — создает надежную среду моделирования, которая обеспечивает баланс между скоростью и точностью. Этот метод специально разработан для обработки сложных распределений напряжений и больших деформаций, присущих испытаниям защитной обуви на удар.

Повышение точности тонкостенных конструкций

Моделирование сложных градиентов напряжений

Тонкостенные конструкции, такие как носки, демонстрируют быстрые изменения напряжений по своей толщине во время удара. Сетки из треугольных призм обеспечивают структурированный способ более эффективного улавливания этих градиентов, чем стандартные элементы первого порядка.

Эта точность жизненно важна для определения точных точек, где материал может начать пластически деформироваться или разрушаться. Контролируя размер этих призм, вы можете поддерживать высокий уровень детализации в критических структурных зонах.

Соответствие паттернам физической деформации

Одной из самых больших проблем в МКЭ является обеспечение того, чтобы «форма разрушения» модели соответствовала реальности. Этот гибридный подход специально отмечен за то, что он дает результаты моделирования, которые точно соответствуют физическим экспериментам.

Когда сетка точно отражает геометрию, модель может реалистично моделировать, как носок складывается и сжимается под нагрузкой. Эта корреляция создает необходимую уверенность для опоры на цифровые прототипы для сертификации безопасности.

Оптимизация вычислительных ресурсов

Эффективность треугольных призм

Дискретизация всего корпуса носка высокопорядковыми тетраэдрическими элементами была бы вычислительно «дорогой» и медленной. Сетки из треугольных призм предлагают более эффективную альтернативу для основной части компонента.

Они обеспечивают стабильную геометрическую основу, требующую меньшего количества вычислений за шаг при сохранении структурной жесткости. Это позволяет ускорить итерации проектирования без ущерба для глобальной целостности моделирования.

Фокус на точности с помощью гибридного моделирования

Стратегия фокусирует вычислительную мощность только там, где она наиболее необходима. Ограничивая тетраэдрические элементы второго порядка контактными областями, вы максимизируете «окупаемость инвестиций» вашего процессорного времени.

Это целевое применение гарантирует, что наиболее сложная физика — взаимодействие между ударным элементом и носком — получает наиболее строгую математическую обработку. Остальная часть модели остается легкой и эффективной.

Улучшение контактной механики

Превосходство тетраэдрических элементов второго порядка

Контактные области подвержены нелинейным силам и сложным геометрическим взаимодействиям. Твердотельные тетраэдрические элементы второго порядка здесь превосходят, поскольку они включают узлы в середине ребер, что позволяет краям элемента изгибаться.

Эта кривизна позволяет сетке более плавно следовать скругленным контурам носка и ударного элемента. Это уменьшает «дрожание» или числовой шум в контактных результатах, приводя к более стабильному моделированию.

Эффективная передача силы

Переход силы от ударного элемента через носок и в подошву требует высокопроизводительного типа элемента. Элементы второго порядка обрабатывают эти передачи контактных сил со значительно более высокой точностью, чем элементы первого порядка.

Когда эти элементы используются в контактной зоне, распределение давления является более плавным и реалистичным. Это предотвращает искусственные «горячие точки» напряжений, которые могли бы привести к ложным отказам в модели.

Понимание компромиссов

Увеличение сложности предварительной обработки

Применение гибридной сетки требует больше ручных усилий на этапе настройки, чем равномерная автоматизированная сетка. Инженеры должны тщательно определять переходные зоны, где треугольные призмы встречаются с тетраэдрическими элементами.

Если эти переходы не обрабатываются должным образом, на интерфейсе могут возникнуть числовые ошибки. Это требует более высокого уровня экспертизы в области разбиения сетки и связности.

Соображения по сходимости

Хотя элементы второго порядка более точны, они иногда могут затруднять сходимость в сильно нелинейных моделях. Увеличенное количество степеней свободы на элемент требует надежного решателя и тщательного выбора шага по времени.

Однако преимущество соответствия физическим формам разрушения обычно перевешивает дополнительное время, потраченное на настройку параметров решателя.

Как применить это к вашему проекту

При дискретизации носка защитной обуви ваша стратегия моделирования должна определяться конкретными требованиями испытания на удар, которое вы моделируете.

Если ваш основной фокус — предсказательная точность: Используйте тетраэдрические элементы второго порядка во всех областях, где носок непосредственно контактирует с ударным элементом или испытательным полом, чтобы уловить нелинейное распределение сил.
Если ваш основной фокус — сокращение времени моделирования: Применяйте сетки из треугольных призм контролируемого размера к общей части носка, чтобы сохранить структурную целостность при одновременном снижении общего количества степеней свободы.

Стратегически комбинируя эти два типа элементов, вы можете создать модель, которая будет одновременно математически строгой и практически эффективной для разработки защитного оборудования.

Сводная таблица:

Функция	Тип элемента	Основное преимущество	Лучшее применение
Дискретизация корпуса	Треугольная призма	Высокая вычислительная эффективность и стабильная геометрия	Основной конструктивный корпус носка
Контактный интерфейс	Тетраэдрический 2-го порядка	Точное улавливание градиентов напряжений и контактных сил	Зоны удара и высокой деформации
Физическая точность	Гибридная стратегия	Точные паттерны разрушения, соответствующие реальным испытаниям	Анализ сложных тонкостенных конструкций
Численная стабильность	Узлы в середине ребер	Уменьшение контактного шума и плавность передачи силы	Нелинейные силовые и геометрические взаимодействия

Повысьте производительность вашей защитной обуви с 3515

В 3515 мы сочетаем передовые инженерные знания с опытом крупномасштабного производства, чтобы поставлять высокопроизводительную обувь для дистрибьюторов и владельцев брендов по всему миру. Как ведущий производитель, мы предлагаем комплексные производственные возможности по всем типам обуви, от наших флагманских защитных ботинок и тактических ботинок до специализированной тренировочной обуви, кроссовок и классической и официальной обуви.

Сотрудничайте с нами, чтобы использовать наши строгие технические стандарты и надежную цепочку поставок для ваших оптовых заказов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши производственные потребности и узнать, как наш опыт может повысить ценность вашего бренда.

Ссылки

Nuno Peixinho, João Pedro Mendonça. Experimental and Numerical Assessment of the Impact Test Performance Between Two UHSS Toe Cap Models. DOI: 10.1590/1980-5373-mr-2022-0167

Эта статья также основана на технической информации из 3515 База знаний .