高爾夫球的秘密-Abaqus撞擊試驗仿真;揭秘球體分層和凹凸表面背后的湍流
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高爾夫球的設計環節會有樣品撞擊測試,以便了解產品在沖擊作用下的響應。
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高爾夫球的球體一般會有2~5層,分別采用不同材料,利用球體結構的剛度分布,來影響球的操控性。根據網上搜到的試驗數據與材料參數,使用Abaqus對試驗中的3層球進行撞擊響應建模分析。球體按層切分,并賦予指定材料的截面屬性。

通過Abaqus/Explicit分析的高爾夫球撞擊過程、球體的應力以及速度云圖如下:



對于球體在球桿打擊作用下的響應(速度與旋轉速率),在設計環節也會進行大量的計算分析,通常會計算球桿不同表面特征(U型開槽、V型開槽)下的出球響應。


如下圖所示,設計部門在仿真前期會做一些基于試驗參數的對標工作,以矯正仿真分析時高應變率條件下的材料本構模型參數。

在參數修正的基礎上,再進行仿真計算,以更準確地對高爾夫球的動態響應進行預測,從而指導產品設計,縮短研發周期。對標后的仿真基本上可以做到和高速攝影同步。
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先歇會,整點啤酒。

現在再來談談,球面上的凹槽怎么回事。上面提到高爾夫球的出球響應中,有個變量是旋轉速率,原來,球在飛行的過程中,不同旋轉速率下,由于凹凸的氣動外形,導致球體產生氣動阻力、升力是完全不一樣的,這也就決定了高爾夫球的運動軌跡。
對于高速飛行的高爾夫球,凹凸的表面會導致湍流,影響球體受力,下面這個視頻是Youtube上ID為CFD Support的團隊通過OpenFOAM計算的不同旋轉速率條件下高爾夫球的升力和阻力系數。有沒有旋轉,差別還是挺顯著的,所以球桿的擊球面要開槽,這樣在出球時,球才會更容易轉起來。
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