SOLIDWORKS Simulation dezvăluie ingineria din spatele evoluției fotbalului și a mingii de fotbal.
Cel mai popular sport din lume
Fotbalul este, fără îndoială, cel mai popular sport din lume. La nivel mondial, are peste 4 miliarde de fani.
De la mayașii și aztecii din 1400 î.Hr., până la chinezii din 200 î.Hr. și europenii medievali, sportul pe care îl cunoaștem astăzi drept fotbal a avut o răspândire globală.
Primul turneu mondial de fotbal a avut loc în 1930.
Treisprezece echipe naționale s-au reunit în Montevideo, Uruguay, pentru ediția inaugurală FIFA World Cup.
Astăzi, la Cupa Mondială participă peste 200 de țări, pentru a obține un loc în turneu.
Mingea de fotbal
Din 1930, multe lucruri s-au schimbat: regulile, echipamentele, cultura suporterilor ș.a.
Însă cele mai mari schimbări au vizat echipamentul de joc, mai exact mingea de fotbal.
Mingea de meci s-a transformat dintr-o sferă din piele, care absorbea apa, într-un icosaedru din poliuretan, proiectat cu un nivel ridicat de inginerie.
Înțelegerea modului în care schimbările materialelor influențează performanța mingii a necesitat teste avansate.
Experimentul SOLIDWORKS
Evoluția fotbalului
În timpul turneului din 1930, jucătorii loveau o sferă de cauciuc acoperită cu fâșii groase de piele.
Cusăturile masive făceau ca lovirea mingii cu capul să provoace dureri.
În plus, mingea devenea mai grea atunci când se uda.
Când ploua sau echipele jucau pe un teren umed, pielea absorbea apa, își mărea greutatea cu aproape 50% și devenea dificil de controlat.
Nu în ultimul rând, mingile cusute manual se dezumflau adesea în timpul jocului, ceea ce ducea la întreruperi și la o eficiență mai redusă a șuturilor.
Astăzi, mingea oficială a turneului este alcătuită din patru panouri din poliuretan îmbinate termic.
E complet impermeabilă și are o textură specială a suprafeței, care oferă o aderență mai bună atât pe terenurile uscate, cât și pe cele umede.
Progresele reprezintă un salt uriaș în domeniul științei materialelor, al integrității structurale și al fiabilității produsului.
Configurarea studiilor de simulare structurală
Pentru a înțelege modul în care diverse materiale se comportă în timpul unui șut, cei de la SOLIDWORKS au măsurat câtă energie returnează mingea la impact.
O minge rigidă restituie energia mai eficient. O minge mai moale o absoarbe, ceea ce o face mai dificil de manevrat.
Pentru investigație a fost utilizat software-ul de simulare SOLIDWORKS Simulation.
Acesta le-a permis inginerilor să configureze o analiză dinamică neliniară care să compare trei tipuri de mingi:
- o minge modernă din poliuretan,
- o minge din piele uscată, specifică anilor 1930,
- o minge din piele umedă, din anii ’30.
Fiecare minge a fost modelată ca o structură de tip înveliș (shell) presurizat.
Apoi, s-a simulat un șut, cu o viteză de impact de 4,43 m/s.
Mediul virtual, integrat în interfața de proiectare SOLIDWORKS, a permis testarea răspunsului structural al mingilor, fără a fi nevoie să se ajungă pe terenul de joc.
Analiza rezultatelor
Rezultatele simulării au demonstrat clar de ce mingile moderne de fotbal oferă performanțe superioare.
Atunci când placa rigidă a lovit mingea modernă din poliuretan, tensiunile s-au concentrat precis în zona de impact și s-au distribuit în mod previzibil prin structura învelișului.
Mingea s-a comprimat și s-a stabilizat rapid.
Mingea uscată din piele, specifică anilor 1930, a prezentat un comportament structural asemănător, menținându-și eficient rigiditatea sub sarcină.
Totuși, totul s-a schimbat la adăugarea apei.
În simularea unei mingi din piele umedă, s-a constatat că învelișul îmbibat cu apă devine de până la cinci ori mai puțin rigid decât varianta sa uscată.
Zona de contact s-a extins considerabil, iar mingea s-a deformat mult mai ușor la impact.
Extinderea puterii de calcul
Pe măsură ce cerințele de testare devin tot mai complexe, inginerii au nevoie de calcul de înaltă performanță, pentru a realiza o verificare completă a produsului.
Iată de ce, după experimentul testului de cădere în SOLIDWORKS Simulation, analiza a fost aprofundată.
A fost efectuată simularea pe platforma cloud 3DEXPERIENCE, valorificând capacitățile ei de calcul.
SOLIDWORKS Simulation Analyst
Cu ajutorul instrumentului SOLIDWORKS Simulation Analyst, care utilizează tehnici avansate de generare a rețelelor de elemente finite (meshing) și solvere explicite provenite din Abaqus, au putut fi testate și analizate efectele unui șut.
Astfel, s-a observat cu exactitate modul în care mingea din piele udă se deformează.
Descoperirea a confirmat concluziile obținute anterior în SOLIDWORKS Simulation pe desktop.
Trecerea de la o analiză a proiectării la simulări complexe și verificarea completă a produsului asigură faptul că fiecare nouă versiune a produsului respectă standarde stricte de performanță.
În fotbal, performanța este esențială.
Ingineria viitorului
Simularea la toate nivelurile le permite inginerilor și proiectanților să creeze produse fezabile.
Prin experimentul dat, SOLIDWORKS a reușit să înțeleagă mai bine istoria și evoluția mingii de fotbal.
Analiza evoluției fotbalului demonstrează că materialele mai performante contribuie la desfășurarea unor competiții sportive mai rapide, mai constante și mai sigure.
Mediile de testare virtuală ajută echipele să:
- identifice punctele slabe,
- îmbunătățească designurile prin iterații succesive,
- rezolve problemele structurale (înainte ca un prototip fizic să fie construit).
Simularea contribuie la o mai bună înțelegere a lumii în care trăim și a produselor pe care le folosim.
Dacă vă sunt utile articolele noastre, nu ezitați să vă abonați la newsletter.