adidas运用达索系统SIMULIA精心打造由内而外更出色的运动鞋

　　adidas 的设计人员和工程师熟知，外胫夹(因运动过量引起的胫部疼痛)、膝盖扭伤或者足踝扭伤都会让跑步者因受伤而停止运动。所以这些设计人员和工程师使用材料科学、生物力学和有限元分析 (FEA) 软件，将类似于建筑抗震和汽车稳定系统的运动响应型减压技术应用到运动鞋跟部的设计中，力求在运动鞋的外形自然不失美观的同时，实现内在部分最人性化、最出色的设计。

　　仿真软件至关重要

　　adidas 在推出全新 ForMotion? 系列运动鞋的过程中，通过结合使用表面 CAD 工具和 SIMULIA 的 FEA 软件(Abaqus/Explicit 和 Abaqus/CAE)，大幅缩短了设计周期。Adidas 的机械工程师 Tim Robinson 指出：“重新设计测试一款新鞋需要 6 ~ 8 周的时间。而如果采用仿真技术，只需几天就能完成。实践证明，SIMULIA的 Abaqus 在加速整个产品开发进程方面至关重要。”Robinson 是由设计人员、工程师和生物力学家组成的 adidas 创新小组中的一员，他们跨越地域的界限，在位于德国纽伦堡外的 adidas 诞生地和美国俄勒冈州波特兰这两个地点展开协作。

　　独特的滑板技术

　　ForMotion? 系列运动鞋设计中的一个关键因素就是在鞋跟处采用了一对带有球形支座的聚酰胺滑板。系统的硬度通过较薄的聚合物封条提供，有时还根据型号的不同而采用聚合物弹簧和垫圈。Robinson 指出：“滑板不仅能吸收纵轴震动，同时还能调节三维震动。通过滑板分离脚跟部位的震动可以降低‘底角速度’，也就是降低脚跟触地后脚趾拍地的速度。如果底角速度太快，通常就会出现跑步者常见的所谓外胫夹问题。此外，滑板还能转动以抵消旋前力，也就是每一次足部内转的力度。球形滑板能自动纠正这一内转力度，从而保护膝盖免受伤害。通过移位限制器，还可避免反向过度劳损。另外该滑板还能自动调节适应每只脚的冲击(如跑步时足部外撇的程度)。”

　　化概念为现实

　　一旦确定了产品概念，创新小组下一步的任务就是确保运动鞋的脚跟部位按设计要求发挥出其应有的作用，且能满足不同鞋号的功能要求。3D模型由 CAD 软件创建完成后导入达索系统 Abaqus/CAE 软件。Robinson 指出：“我们创建模型介面，然后将其应用于设置边界条件和材料属性，并将定义接触、摩擦、接头及其他方面的所有元素绑定在一起。最后我们用 Abaqus 解决上述所有问题。”材料特性来自 adidas 根据其专有材料而创建的定制库。作为边界条件基础的生物力学数据同样是非常机密的，这些数据通过 Vicon 运动捕获系统内部生成。Vicon 运动捕获系统的工作原理是在跑步者身上的关键部位安装微小的标记器，并在跑步者移动时通过红外摄像机加以追踪。

　　虚拟鞋内部的意义

　　后期工艺仍然需要 Abaqus/CAE的帮助。工程师通过应用虚拟仿真的方式，凭借水平和纵向位移力，寻找压力区或摩擦区。Robinson 指出：“能够看到实际鞋的内部，甚至通过虚拟模型进一步了解鞋的内部情况，肯定非常有用。这有助于我们就建议的修改措施与设计人员进行沟通。”由于人的足部和身体各异，本阶段 FEA 建模的重要部分就是对鞋进行功能分级。Robinson 指出：“我们通过生物力学测试结果，获得了鞋号与平均重量之间的关联数据。不同型号鞋的踝部关节上的半径会有所变化。我们用这一关系对滑板形状进行功能分类，通过 FEA 来预测不同鞋号脚跟单元所需要的最佳硬度。”此外，该系列鞋还提供四种不同版本，分别针对控制、气垫、越野和竞赛用途进行了优化。

　　反复测试科学验证

　　当设计原型可以进行实测时，即可用adidas定制的测试设备来测试 ForMotion? 鞋的“水平硬度”,即将鞋保持 30 度角(“男性”迈步的角度)，对脚跟处进行准静态位移。Robinson 指出：“测试很少会发生意料之外的情况。我们已经通过 FEA 进行了相当于实际测试设备运动情况的虚拟仿真。我们确信，头批样品鞋的表现将会与我们的预计相差无几。”性能评估测试设备 (PETE) 这一定制设备专用于进行实穿测试，并通过此前获得的 Vicon 生物计量输入数据来复制实际穿鞋跑步时的运动和影响。先后进行的此类测试多达 10 万次，相当于跑步 1,000公里。穿上 adidas 的 ForMotion 系列鞋，跑步活动对腿部的不良影响将得以大幅减轻。Robinson 总结道：“鞋的工程设计今后还将和高完整性保护系统 (HIPS) 相结合。我们将通过 Abaqus 软件不断改进并加速鞋类的科学设计。”