Hur kan vi beräkna det perfekta skottet i EM 2024?
Fotbolls-em i full fart är det dags igen för SolidEngineers traditionella (nåja) fotbolls-blogg. Vi har genom åren försökt hitta på diverse sätt att göra fotboll roligare genom att inkludera SOLIDWORKS. För den intresserade läsaren hittar ni de tidigare artiklarna här och här.
I dagens räkneövning ska vi titta lite närmare på det perfekta skottet. Sist vi gjorde det använde vi SOLIDWORKS Motion. Den här gången vänder vi istället blicken mot rollen Durability and Mechanics Engineer.
Problemformulering
Tågordningen för att genomföra en beräkning i Durability and Mechanics Engineer är som följer:
- Öppna CAD-modell
- Skapa en FEM-modell där material, elementsnät och eventuella förenklingar definieras
- Skapa en Analys
- Definiera randvillkor
- Räkna
- Titta på resultaten
FEM-modell
Vi börjar med en CAD-modell innehållande ett markplan, en målbur samt en fotboll.
Med geometrin på plats blir nästa steg att bygga en FEM-modell. För bästa möjliga prestanda använder vi fyrsidiga skalelement.
För att kunna räkna behöver vi också sätta material på de ingående bitarna. Målramen tilldelas aluminium och bollen ett PVC-material.
Då markens väl och ve inte är något vi bekymrar oss om kan vi modellera den som en stelkropp för att ytterligare snabba upp beräkningen.
Slutligen vill vi naturligtvis att bollen ska vara uppblåst med luft. För att åstadkomma detta definierar vi en fluidkavitet i bollen. Denna kommer vi sen kunna ansätta ett övertryck på för att blåsa upp bollen.
Analys
Med FEM-modellen på plats är det dags att skapa en Analys och välja vilken typ av beräkning vi vill göra. Då detta är ett hastigt förlopp med mycket olinjäriteter (kontakt, stora deformationer, ickelinjära material) så lämpar sig beräkningstypen Explicit Dynamic Step utmärkt.
När beräkningstypen är vald är det dags att definiera randvillkoren. Den stela marken fixerar vi med en Clamp-fixtur.
För att målburen ska ha stöd mot marken, och för att bollen ska kunna kollidera med både målbur och mark, behöver vi kontakt. I Durability and Mechanics Engineer-rollen är det så fint ordnat att vi kan definiera en generell kontakt. Vi behöver då själva inte säga något om vilka geometrier som kan komma i kontakt, utan lösaren gör det åt oss.
Nästan i mål nu! Det som återstår är två saker. Till att börja med behöver vi ansätta ett lufttryck i bollen. Det gör vi med hjälp av ett Cavity Pressure som vi ansätter på den Fluid Cavity vi skapade några steg ovan.
Sista dobben i mattan är att sätta fart på bollen. Då vi vill att bollen ska ha en initial hastighet när beräkningen startar, men att hastigheten därefter bestäms av vad som händer i beräkningen, använder vi en Initial Velocity.
Räkna
Med beräkningsmodellen färdig återstår bara att räkna. I Durability Mechanics Engineer har vi två alternativ. Vi kan antingen lösa modellen lokalt på vår egen dator, precis som i SOLIDWORKS Simulation, eller så kan vi lyfta upp beräkningen i molnet och lösa den där. Man kan då stänga av sin dator utan att beräkningen påverkas. När beräkningen är klar får man en notifiering, kan t o m logga in med sin mobiltelefon för att titta på resultaten.
Resultat
Efter några minuters räknande kan vi titta på de animerade resultaten. Notera hur bollen deformeras samt att målburen faktiskt lättar från marken, då den bara står på marken utan fastspänning.
