多家全球高級時尚鞋履品牌的領先鞋跟制造商，使用 Marc 軟件對其產(chǎn)品進行結構分析。仿真意味著可以在項目開始時設計完美優(yōu)化的原型幾何形狀，從而節(jié)省時間和金錢。
Marc軟件來自海克斯康 | MSC軟件公司，幫助 Tacchificio Villa Cortese 公司確定哪些更環(huán)保的替代材料適合其高度專業(yè)化的產(chǎn)品。該公司由Luigi Gazzardi 于1961 年創(chuàng)立，家族的三代人現(xiàn)在在這家意大利公司工作，在 60 年代和 70 年代通過生產(chǎn)木制高跟鞋獲得的工藝仍然提供了豐富的經(jīng)驗知識，使他們能夠適應靈活地滿足客戶和市場最多樣化的需求。
高級時裝業(yè)依靠專業(yè)知識來生產(chǎn)最優(yōu)質的鞋子，將材料推向極致，創(chuàng)造出受歡迎的新鞋。
今天，制作真正出類拔萃的鞋子需要在工藝與最新技術、材料之間科學地取得平衡。原來的測試全部是手工完成的；幾個原型被打印出來并安裝在鞋子上，然后交給一個人試穿。之后，開發(fā)了物理的機械測試。而現(xiàn)在，他們越來越依賴結構模擬仿真——這正是使用 Marc 軟件的原因。
圖 1: 研發(fā)部門將仿真軟件、用于材料表征的實驗室工具和物理測試相結合，以獲得最佳結果。
Marc 是一款“非線性有限元分析軟件”，可模擬復雜材料在大變形和應變下的特性和相互作用，非常適合探索塑料等材料的性能。自動二維和三維網(wǎng)格重新劃分允許鞋跟制造商在結構發(fā)生顯著變形時對其進行分析，并了解裂紋如何傳播。“我們需要了解鞋子斷裂的原因，因此，作為設計師，我們可以將材料發(fā)揮到極致，制作出更高更細的更復雜的鞋跟，并確信它們可以隨時穿著，并且經(jīng)久耐用，”Tacchificio Villa Cortese 的研發(fā)經(jīng)理DavideCarminati 說。
通過Marc虛擬模擬鞋子的性能測試，使我們可以嘗試更多的設計來調整和平衡工藝和性能，讓我們對產(chǎn)品的質量充滿信心，并在生產(chǎn)單個零件之前靈活地進行更多實驗以制造出更好的產(chǎn)品。
? 靜態(tài)負載下的損壞或斷裂，例如用戶在站立不動時
? 鞋跟固定在鞋子上時發(fā)生的斷裂
? 易受金屬嵌件損壞；作用于鞋跟的塑料部件，因為插入物會導致應力集中現(xiàn)象
? 由于疲勞導致的斷裂，無論是由于缺陷導致破損，還是由于穿鞋時可能發(fā)生的粘彈性效應
仿真使 Tacchificio Villa Cortese 了解如何改進他們的產(chǎn)品，以及如何優(yōu)化鞋跟的材料。在使用 Marc 之前，他們無法在原型制作之前確定產(chǎn)品形狀（幾何）中的問題，有時需要對多個原型進行測試以確定正確的幾何形狀。
通過仿真，他們可以設計優(yōu)化鞋跟的幾何形狀，在項目初期平衡所有的設計性能，并且避免了不好的設計。
對于當今的高級時裝公司而言，可持續(xù)性是一個重要趨勢。即使根據(jù)定義，高級時尚比快速時尚更具可持續(xù)性，但仍有更多工作要做：引入合適的材料和工藝變得越來越緊迫。
此外，在瞬息萬變且競爭激烈的時尚行業(yè)，按時為評論家和時裝秀提供新款式是一項大生意。縮短上市時間至關重要，因為成品必須在預先確定的時尚季推出；這意味著截止日期非常緊迫。樣品通常用于首次活動和走秀，但仍需要設計得盡可能與最終產(chǎn)品相似，以避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)任何意外問題。
可回收、混合、生物基和可生物降解的生態(tài)材料正變得越來越流行，具有特定屬性（例如透明度）的材料也越來越受歡迎。這些材料需要經(jīng)過機械驗證，因此 Tacchificio Villa Cortese 創(chuàng)建了一個數(shù)字孿生，以獲得反映實際特征的計算反饋。此外，設計師有時會提出與經(jīng)過測試的幾何形狀不同的新幾何形狀，因此在制作和測試原型之前通過模擬獲得初步反饋很有用。
如果僅在對原型進行機械測試后才發(fā)現(xiàn)這些新鞋跟的結構問題，在生產(chǎn)過程中為時已晚，因為已經(jīng)產(chǎn)生了成本和材料浪費，從而延遲了新鞋的供應。
圖2：完成后的鞋跟準備組裝到鞋子上
鞋跟斷裂對顧客來說也是一個問題；最常見的問題是又細又高的鞋跟，主要是由于緊固失效或脫落，塑料開裂，以及金屬嵌件的失效。
Tacchificio Villa Cortese 的物理測試包括機械橫向沖擊和疲勞，這些測試由外部認證機構針對 ISO法規(guī)進行評估。所有這些測試都可以用Marc 軟件重現(xiàn)，這樣設計師就可以直接通過計算機輔助設計 (CAD) 文件，根據(jù)幾何形狀進行初步評估。考慮到?jīng)_擊的影響，公司還計劃進行額外的內部測試，以及一次性壓力（如絆倒和腳踝扭傷）測試，以及步行模擬。
圖3：Marc 軟件中的應力分析
他們的目的是使用仿真，在任何物理原型制作之前分析新產(chǎn)品的幾何形狀的性能，以在生產(chǎn)過程開始時發(fā)現(xiàn)問題。這可以節(jié)省時間和金錢，因為鞋子是通過虛擬方式完成的。“傳統(tǒng)的手動測試意味著必須首先制造物理原型，但使用 Marc 軟件在計算機上進行虛擬測試意味著可以調整設計，以平衡工藝和性能，讓我們在制造單件產(chǎn)品之前對質量充滿信心，” Davide Carminati 說。這也為我們提供了更大的靈活性，可以進行更多實驗，并制造出更好的產(chǎn)品。
對單個鞋跟進行完整的鞋體疲勞測試需要將近五個半小時——加上 20 分鐘的準備時間——花費超過 100 歐元，才能獲得相關的測試證書。至少需要進行三項測試，使總時間長達 17 小時左右。
圖4：使用 Marc 進行沖擊分析
此外，制作用于樣品生產(chǎn)的模具至少需要四個小時，平均使用 15 公斤原材料。“當然，如果測試不成功，這一切都將被浪費掉。”Davide Carminati 說。
圖4，5 和6：
Marc 軟件中的沖擊分析。
鞋后跟由外部、連接和脊柱組成，受鈍物撞擊。
雖然仿真時間因鞋跟和分析所需的詳細程度而不同，但在中等復雜模型上模擬疲勞測試的等效靜態(tài)結果通常需要大約 30 - 45 分鐘。但 Davide Carminati 表示，即使是最輕微的困難也會大大增加時間，準確的分析可能需要更多的模擬。“真正的優(yōu)勢是盡早評估問題，從而避免對更多變量進行進一步測試的需要。即使優(yōu)化分析需要一整天的時間，我們也可以避免使用特定模具或特定嵌件進行測試，這會花費更多時間和資源，并且仍然可能不成功。”
必須對來自品牌客戶的設計需求進行評估以創(chuàng)建所需的形狀，但同時要確保其強度足以承受使用。為此，他們需要了解材料在所有使用方式中的強度。仿真使他們能夠探索其中的每一個設計，可以根據(jù)設計要求平衡形狀和厚度，找到 “最佳匹配”。
如有必要，分析結果將用于指導CAD模型的再設計，然后將其發(fā)送給客戶，并附上詳細的分析報告。如果需要，還會生產(chǎn)增材制造的樣機，并隨幾何體一起交付。
在產(chǎn)品生產(chǎn)過程的兩個不同階段使用仿真：
1. 材料特性
2. 按照設計師的指示，在幾何、材料和工藝之間找到平衡，以獲得結構上有效的形狀。
例如，在一個新的項目提案中，Tacchificio Villa Cortese 被提供了一定厚度的設計，以及出于美學原因對后跟固定到鞋子的方法進行特定限制。建議的固定方法使其容易受到高應力的影響，因此鞋跟的幾何設計和固定方式是至關重要的。通過 Marc 中的仿真，他們能夠通過保持外部輪廓的尺寸相同來使內部更厚，同時研究并初步驗證不同的固定策略。通過這種方式，他們找到了最細和最厚輪廓之間的權衡，并選擇了合適的固定策略。“事實上，最終的鞋子測試性能與仿真預測的性能相一致。” Davide Carminati 說。“因此，我們在制造任何原型之前確定了解決結構問題的重點，從而避免了浪費，節(jié)省了時間。”
與位于盧卡的 IMT 高級研究學院合作，仿真不僅用于研究產(chǎn)品，還通過匹配樣本的物理和虛擬性能來改進材料模型。此外，這有助于幫助使用可持續(xù)的環(huán)保材料：
? 生態(tài)替代品：具有與傳統(tǒng)解決方案相當?shù)男阅艿牟牧希诤铣珊娃D化過程中節(jié)省資源和能源
? 從消費后或工業(yè)廢物中回收材料
? 混合材料：部分聚合物，部分來自廢物和/或可再生資源的材料
? 生物基，可生物降解
所有這些材料通常表現(xiàn)出比傳統(tǒng)解決方案更差的機械性能，因此需要更廣泛的機械驗證來確定可能的改進，以及它們可以被安全地使用。
