網球的案例
網球及網球訓練模擬
這是一個網球、網球拍以及網球訓練模擬的練習。
主要目的：1，研究網球的材料，網球流體（氣體）空腔的建模；
2，研究球拍繩的材料，以及安裝預應力的大小問題；
3，研究網球的運動軌跡等問題。
本練習模擬了兩次擊球的過程，以下是動畫以及和網球運動(第一次擊球）有關的性質曲線。
我是用“Surface-based fluid cavities”的方法建模的，沒有考慮氣體的流入流出問題。
我用了以下卡片：
*FLUID CAVITY
*FLUID BEHAVIOR
*MOLECULAR WEIGHT
*CAPACITY
*INITIAL CONDITIONS,TYPE=FLUID PRESSURE
這是與球腔體有關的性能曲線：
tennis.part2.rar
tennis.part1.rar
展開 網球及網球訓練模擬
這是一個網球、網球拍以及網球訓練模擬的練習。
主要目的：1，研究網球的材料，網球流體（氣體）空腔的建模；
2，研究球拍繩的材料，以及安裝預應力的大小問題；
3，研究網球的運動軌跡等問題。
本練習模擬了兩次擊球的過程，以下是動畫以及和網球運動(第一次擊球）有關的性質曲線。
這是ODB文件
tennis.part2.rar
tennis.part1.rar
用“Surface-based fluid cavities”的方法建模的，沒有考慮氣體的流入流出問題。
我用了以下卡片：
*FLUID CAVITY
*FLUID BEHAVIOR
*MOLECULAR WEIGHT
*CAPACITY
*INITIAL CONDITIONS,TYPE=FLUID PRESSURE
這是與球腔體有關的性能曲線：
展開 網球比賽鷹眼回放過程仿真
鷹眼系統作為一種輔助手段，能夠對高速運動網球落點進行精準捕捉，極大程度減小錯判誤判的發生。在諸如排球和羽毛球等項目中鷹眼系統也已大范圍被推廣應用。傳統古板的溫網賽事也在今年繼澳網和美網后首次引入了鷹眼系統。本案例即要對鷹眼回放的過程中的網球擊地過程進行仿真。
首先，在UG中，按照實際的網球尺寸小編利用精湛（fei chang ji chu）的三維作圖與渲染技巧，建立了網球的三位模型如下，然后導入Abaqus中進行網格處理，得到實際仿真模型如下，簡直是一毛一樣，有木有！接觸的地面簡化為剛體。
本次建模的主要重點在于對網球的模型處理。網球的主要構造主要分為兩層：內膽為橡膠化合物，形成封閉的氣囊；外層為裝飾絨毛，提供充足的摩擦。對于建模分析，我們只需要考慮橡膠內膽以及密封空間的氣體即可。首先對于橡膠一般考慮為超彈性材料，Abaqus中提供了多種材料模型，本例中選擇了最經典的Mooney-Rivilin模型，相關參數來源于網上檢索。其次對于網球內的封閉氣體，由于網球在變形過程中體積壓縮，會使得氣壓發生變化，所以不能直接再內表面施加恒定壓強，針對這一問題Abaqus中提供了Fluid cavity的接觸屬性設置。在內表面建立相關屬性并在Predefinded Field中設置初始氣壓即可完美描述這類模型的實際變形過程。
下圖為仿真的網球擊低的瞬時動畫：
可以看到在碰撞的瞬間，網球還是產生了十分明顯的形變。
至于網球在地上留下的球印，我們可以間接的通過地表的接觸應力分布來進行判斷。從接觸應力結果來看與鷹眼系統捕捉的橢圓圖樣還是十分相近的。
展開 【二次開發】VUAMP子程序_網球隨機發射模擬
還記得上次我們撿了幾個網球，今天用一個網球發射器來發射它們。
網球發射器建模
01
這個網球發射器可以左右、上下搖擺，以控制發球的側偏和俯仰角度，兩個滾輪通過轉動將網球加速，拋射出去。
在Abaqus中，這些機構的運動可以通過Connector來建模。
側偏和俯仰角度
儲球桶內的帶孔擋板以一定的角速度轉動，擋板的孔洞與桶底的孔洞重合時，網球落下，這樣保證定時落球。
定時落球機構
網球的氣體-結構（球皮）耦合行為通過Fluid Cavity來表征，需要創建一個氣動型流體腔，指定模型的通用氣體常數、設置內部空氣的摩爾質量等參數。
網球的流體腔模型
初始化之后，網球陸續落入滑道，通過滾輪發射出去。
網球發射器發球模型
這個時候，任務還沒完成，我們希望發球器每次拋出的球具有不同的落點，還要做些二次開發工作。
仿真中隨機性的引入
02
關于有限元仿真中是否有隨機性的問題我們之前討論過了，正常情況下，顯然是沒有的，同一個模型不改變參數，每一次的仿真結果必然都會一樣。
展開 
網球拍擊打網球瞬間受力分析（ABAQUS）
生活中無處不存在力學，今天給大家分享一位學力學的網球愛好者的作品，看看他是如何鉆研“技術”的。
1. 網球旋轉截面
旋轉就可以了 方便計算 我用的剛體
2. 球拍截面
建模不用說了
3. 賦予不同截面
4. 網球
5. 分析結果
文章來源公眾號 CAE專家網
Abaqus仿真告訴你網球撿球神器為何這么神 附abaqus手冊線性粘彈性UMAT詳細解讀下載
來網球場打打網球吧！
隔壁在練球？怎么這么多球，可夠撿的了吧......咦？這是什么神器？！
撿球中...
好吧，是我寡聞了，原來這玩意兒就是傳說中的撿球神器......
它是如何工作的呢？
Abaqus Model
“撿球神器”Abaqus分析模型
撿球器Abaqus模型的主要部分是沿圓周均布的40根輻條，輻條材料為鋼，模擬采用線彈性材料本構，單元類型選用beam；輻條可整體繞中心軸轉動，接觸到地面、網球時會發生彈性變形。
邊界條件設置撿球器手柄的下壓、前推、上提過程。
撿球中...
看一下撿球器是如何把球吃進去的：
輻條“搭”到網球上
輻條的彈性變形
汽車輪胎花紋的橫紋縫隙里經常會卡到一些比縫隙大的石子，這個過程某種程度上和上面撿球器的力學過程是類似的。
月壤樣本采集系統
撿球器是利用輻條的被動變形來工作的，下面這個有點像打蛋器的裝置，利用主動變形，調節輻條開口縫隙，實現拾取不同尺寸月壤樣本的功能。
月壤樣本采集系統
采樣爪參數調節
通過改變參數Ang1在93°到103°之間變化，采樣爪會進入三種不同模式，可以拾取不同尺寸的月壤樣本。
采樣爪的三種模式
下載地址：abaqus手冊線性粘彈性UMAT詳細解讀
展開 abaqus網球拍運動
abaqus網球拍運動
有限元基礎-接觸非線性3
依然以網球為例，當網球拍的線密度比較小時網球會明顯的部分穿透網線，極端情況下網線之間的距離大于網球直徑時網球會直接完全穿透球拍到球拍的另一側去，相反當網線很密時，不用說網球也更難穿透網球拍。
按照上述接觸面與目標面的穿透關系，還可以總結出以下關于如何選擇接觸面和目標面的規律：
1.當凸面與凹面或平面接觸時，凸面定義為接觸面；
2.細網格與粗網格發生接觸時，選擇細網格作為接觸面；
3.軟硬差距比較大物體接觸時，軟體的面定義為接觸面；
4.高階單元與低階單元發生接觸時，高階單元作為接觸面；
5.一個大面與一個較小的面發生接觸時，選擇小面作為接觸面。
實際在建立接觸關系時由于模型的復雜性有時候不容易一眼就可以確定如何定義接觸面和目標面，在考慮上述原則的基礎之外還可以從最原始的接觸面與目標面之間的穿透關系出發來定義接觸面和目標面，或者分別交換設置觀察計算結果來判斷如何設置更合理。
下面以一個實例說明：
上圖是模擬橡膠圈的壓縮過程（軸對稱模型），中間圓形是模量為3MPa的橡膠材料，上下支撐和下壓件都是鋼，而且從網格上來看鋼的網格明顯粗于橡膠的網格，當壓板與橡膠圈接觸時如果選擇橡膠作為目標體壓板作為接觸體那么計算出的穿透量如下圖為0.02mm。
當交換接觸面和目標面，將網格比較粗的壓板作為目標體，網格比較細的橡膠圈作為接觸體之后再重新計算，穿透量降低為下圖的0.011mm。
展開 斯坦福教授駱利群：為何人腦比計算機慢1000萬倍，卻如此高效？
專業的網球運動員可以計算出網球以160英里/小時飛行的軌跡
大腦進行計算時，同時兼顧了速度和準確性。例如，當網球以每小時160英里的速度飛出后，職業網球運動員可以計算網球的運動軌跡，移動到球場上的最佳位置，將手臂放到適當的位置上，并在幾百毫秒內揮動球拍，將球擊回給對方。
此外，大腦在控制身體并完成擊球動作的過程中，其能耗大約只有個人計算機的十分之一。大腦如何實現這一過程？計算機和大腦之間的一個重要區別在于兩個系統內處理信息的方式。
計算機主要以串行步驟執行任務，工程師也是通過創建順序指令流來進行計算機的程序設計。因為串行步驟中的產生的誤差會累積和放大，所以對于這種串行操作的級聯，對每個步驟的精度要求都特別高。
大腦也使用串行步驟進行信息處理，在將網球擊回這一實例中，信息從眼睛流向大腦，然后流向脊髓，以控制腿部，軀干，手臂和手腕的肌肉收縮。
但同時，大腦也利用數量眾多的神經元和神經元之間的突觸連接來大規模并行處理任務。例如，視網膜中的感光細胞捕捉到移動的網球，并將光信號轉換為電信號。這些信號被并行傳遞到視網膜中的許多不同類型的神經元。
當源自感光細胞的信號傳遞至視網膜中的2~3個突觸連接時，并行神經元網絡已經提取了網球的位置，方向和速度的信息，并將這些信息在同一時間傳輸至大腦。同樣，運動皮層（大腦皮層中負責意志運動控制的部分）并行發送命令以控制腿部，軀干，手臂和手腕的肌肉收縮，從而使身體和手臂同時運動，準備好回擊飛來的網球。
大腦之所以可以執行大規模并行任務處理，是因為每個神經元都從許多神經元接收信息，并將信息發送到其他神經元。哺乳動物輸入和輸出神經元的平均數量級為1000（相比之下，每個晶體管全部的輸入和輸出僅靠三個引腳）。單個神經元的信息可以傳遞到許多平行的下游網絡。
展開 剃腿毛與空氣動力學
似乎6位車手的抽樣調查并不足以完全說明問題，不過理論支持也是有的：NASA研究員Rabi Mehta博士在2000年的時候研究發現，一個網球的絨毛對速度的影響安全超過了球本身的大小或者重量，而腿毛則更像是網球的絨毛。
在正常情況下人類是永遠不可能達到網球的時速，但是，腿毛對速度的影響已然已經不在是30年前0.6%的認知了。
下面是關于測試的視頻：
寫在最后
剃腿毛本是一件看起來很Euro Cool的事，在歐洲甚至有一種說法，刮腿毛和曬痕是自行車運動員的標志。
但是，這絕對不是一件強制性的事情，每個國家的文化風俗不同，美國的鐵三運動員們就有不少選擇不剃腿毛。
展開 奧運場館風環境分析與建筑云
2.某網球中心賽場風環境分析
網球場館一般位于室外，且頂部會有較大開洞，受自然風流動影響較大，頂部結構對氣流分布有較大影響，頂部往往還會有打開、閉合或不同傾角等多種狀態。
通過CFD技術則可以對不同頂部開合狀態下氣體流動情況，風壓分布情況等進行分析。
同時還可以將周圍建筑物放進來一起模擬氣流狀態。
隨著計算機技術的發展，CFD技術越來越多的應用到了奧運場館的分析設計中，包括游泳館內部環境分析、場館內煙控及防火系統分析等等。南京天洑開發的建筑云仿真系統則憑借其豐富的功能、清晰的界面、簡單的操作及便捷的后處理等功能受到越來越多的設計者的青睞，為“綠色奧運，科技奧運”貢獻者自己的力量。
展開 
月壤樣本采集系統-輻條變形裝置的工程應用 ￥59.99
撿球器Abaqus分析模型
撿球器Abaqus模型的主要部分是沿圓周均布的40根輻條，輻條材料為鋼，模擬采用線彈性材料本構，單元類型選用beam；輻條可整體繞中心軸轉動，接觸到地面、網球時會發生彈性變形。
邊界條件設置撿球器手柄的下壓、前推、上提過程。
撿球中...
看一下撿球器是如何把球吃進去的：
輻條“搭”到網球上
輻條的彈性變形
汽車輪胎花紋的橫紋縫隙里經常會卡到一些比縫隙大的石子，這個過程某種程度上和上面撿球器的力學過程是類似的。
02.月壤樣本采集系統
撿球器是利用輻條的被動變形來工作的，下面這個有點像打蛋器的裝置，利用主動變形，調節輻條開口縫隙，實現拾取不同尺寸月壤樣本的功能。
月壤樣本采集系統
采樣爪參數調節
通過改變參數Ang1在93°到103°之間變化，采樣爪會進入三種不同模式，可以拾取不同尺寸的月壤樣本。
采樣爪的三種模式
該設計來自于2018年NASA面向全球的月球采樣系統設計挑戰賽的冠軍作品，作者lauri.link，如果進一步通過NASA的測試試驗，這個idea將會在未來月球車采樣系統中得到應用。
展開 2017全球碳纖維復合材料市場報告（四）
談及碳纖維體育器材產業，就不得不提中國臺灣清華大學吳泉源先生的文章-“奠定復材製造王國的領航者－中國臺灣網球拍產業發展回顧”，文中提到“1978 年由光男公司從國外引進碳纖維復合材料，開始制造碳拍之后，短短的幾年間，不但淘汰了木製球拍，改變了世界網球拍的產銷結構，成為網球拍王國，而且奠定了中國臺灣在全球復合材料加工技術上重要的地位。”在文章的最后，吳先生充滿激情的表達了“這是一個世界級的技術史故事。中國臺灣網球拍產業奮斗的歷史軌跡，至今依舊是許許多多產業努力奮進的標桿。”從網球拍開始，中國臺灣持續努力，在高爾夫球桿、釣魚桿、曲棍球桿、自行車等各個碳纖維領域，均取得了舉世矚目的佳績，通過在大陸的投資設廠，將大陸的碳纖維體育器材帶動起來，這個淵源我們不應該忘記。
碳纖維體育器材，全球絕大部分制造在大中華地區，歐美日本品牌商主要是品牌運營，參與技術研發的投入不多，我們企業的利潤空間有限，技術創新能力也有限，導致目前的主流工藝大量依靠人工，缺乏自動化，因此制造成本也較高，這些因素共同導致了產品價格高昂，不能普及到尋常百姓家。體育器材有著與工業產品迥異的“輕量化價值”，我們的汽車工程師可以在他的零件上算計每一分錢，個人購買體育器材時，他會因為1克重量和手感，毫不猶豫多支付幾百元。
先進體育器材與科學訓練方法正成為提高運動成績的有力支撐; 在提升運動成績的同時，先進體育器材可獲得美譽度，利于器材在群眾體育中的推廣，形成品牌效應，從而形成高利潤產業，并反哺競技運動獲得更好的成績，為運動員的退役后提供更多的職業選擇。體育器材是將碳纖維材料優勢發揮得淋漓盡致的領域：陸海空、冰水雪，處處可見碳纖維料替代天然材料與金屬材料而產生的“更快、更高、高強”競技傳奇，也衍生出一輪輪波瀾壯闊的工業技術創新輝煌。
展開 我復現了香蕉球
這個現象，雖然在1672年，牛頓就在看網球中發現了這個使球偏轉的力，但直到1852年，德國物理學家馬格努斯正式描述了這個效應后，人們才將它命名為馬格努斯效應。一定程度內，球表面越粗糙，馬格努斯效應越明顯。
足球不是一個光滑的球面，而是由32塊皮縫制成的。從流體力學的角度，一個是能減小飛行阻力（參考前期文章“高爾夫球為什么有這么坑”），另一個是可以增強馬格努斯效應，更容易踢出香蕉球。
理論和仿真想必大家都很理解了，下面做什么呢？沒錯，你懂我的，我想復現香蕉球。說起來很簡單，讓球轉起來飛，就可以了。可能不太明顯。
借用了阿飛的風扇，為了防止旋轉時，有從下面吹上來的風的干擾，把這個扇葉拆了。
然后給小船找了個水池。假設這個球向前飛，就相當于我給它一個向后的風，一會兒讓小球順時針轉，根據剛剛的分析，它會受到向左側的力，而向左側移動。反方向吹風，相當于球往另外一側飛，它就受到向右的側向力，從而向右側移動啦！馬格努斯效應還是很明顯的。
除了足球，網球、乒乓球、排球、棒球等都會用到這個現象，讓旋轉的球，產生側向力，打出弧度。
除了球類運動，馬格努斯效應在工程上也有應用。上世紀80年代，就出現了裝著大圓筒的船，根據風的速度和方向，圓筒可以自動調整旋轉方向和速度，橫風吹來時，產生向前推力，起到省油的效果。今年6月17日，國內第一艘安裝轉筒帆的船在江蘇正式起航。四根直徑3米，高24米的大圓筒，可以給船省油5%-10%。
在軍事領域馬格努斯效應對于旋轉彈丸和導彈的設計、制導控制也有著重要的作用。
本期關于香蕉球和馬格努斯效應就講到這里啦，大家還想了解哪些自然現象，歡迎給我彈幕留言，能研究的，就安排！咱們下期見！拜拜
展開 關于結構動力學計算知識清單
一個網球拍框架如何設計得既能承受網球的沖擊，又能容許其稍稍發生彎曲。
解決辦法：進行 瞬態動力學分析 來計算結構對隨時間變化載荷的響應。
3）回轉機器對軸承和支撐結構施加穩態的、交變的作用力，如何分析這些作用力隨著旋轉速度的不同所引起的不同的偏轉應力。
解決辦法：進行諧分析來確定結構對穩態簡諧載荷的響應
4）如何使位于地震多發區的房屋框架和橋梁設計滿足能夠承受地震載荷的要求。
解決辦法：進行譜分析來確定結構對地震載荷的影響
5）如何分析太空船和飛機的部件是否一定能夠承受持續一段時間的變頻率隨機載荷作用。
解決辦法：進行隨機振動分析來確定結構對隨機震動的影響
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