プロフェッショナルな履物の構成は、忠実度の高いシミュレーションのための厳格な要件です。これは、靴の多層的な形状（生地、インソール、ミッドソール、アウトソールを含む）が、歩行者、道路、車両間の接触摩擦と力の伝達を根本的に決定するため必要です。このレベルの詳細がなければ、シミュレーションは衝突の生体力学的な現実を正確に再現できません。
詳細な履物モデリングは、理論的な形状と現実世界の物理学との間のギャップを埋めます。プロ仕様の靴の特定のクッション性と摩擦をシミュレートすることにより、エンジニアは衝撃後の軌道と下肢への傷害リスクを、生体力学的に一貫した方法で正確に予測できます。
接触と相互作用の物理学
リアルな摩擦のシミュレーション
足と地面の相互作用は、単なる幾何学的な衝突ではありません。それは摩擦に依存するイベントです。詳細なアウトソールモデリングは、靴と路面の特定のグリップと滑り特性を再現するために必要です。
この摩擦は、衝撃時に足がどのように着地するか、または滑るかに直接影響します。正確なモデリングにより、シミュレーションが歩行者が地面に対して経験する真の物理的抵抗を反映することが保証されます。
力の伝達の管理
プロフェッショナルな履物は、エネルギーを吸収および分散するように設計された複雑な多層構造で構成されています。インソールとミッドソールは、衝撃力が地面から骨格構造にどのように伝達されるかにおいて重要な役割を果たします。
これらの層を微調整することで、シミュレーションは靴の減衰効果を捉えることができます。これにより、足首に入る衝撃力が過大評価または過小評価されるのを防ぎます。
生体力学的な影響
軌道への影響
履物の特性は、全身の運動学的応答を決定します。衝撃後の移動軌道と横方向の変位は、靴のクッション性とトラクションによって大きく影響されます。
履物が単純な剛体ブロックとしてモデル化されている場合、シミュレーションは、接触後に体がどのように回転または横方向にシフトするかを予測できません。これにより、歩行者の全体的な動きに関する運動学的データが不正確になります。
下肢のリスク評価
これらのシミュレーションの最終的な目標は、安全性を確保し、傷害を予測することです。生体力学的な一貫性は、下肢、脛骨、足への外傷を評価するために最も重要です。
履物を正しく構成することにより、これらの身体部分に計算される応力とひずみが有効であることを保証します。これにより、骨折リスクと靭帯損傷を正確に評価できます。
トレードオフの理解
複雑さと精度の比較
詳細な履物モデルの実装は、かなりの幾何学的な複雑さを導入します。多層構造は、単純化された足モデルよりも高いメッシュ密度とより複雑な材料定義を必要とします。
これによりシミュレーションの計算負荷が増加しますが、これは必要なトレードオフです。生体力学的な精度と傷害予測の信頼性の向上は、追加の処理要件に見合う価値があります。
シミュレーションに最適な選択をする
仮想テストが有効な安全データをもたらすことを保証するために、特定のシミュレーション目標を検討してください。
- 主な焦点が運動学である場合：横方向の変位と体の軌道を正しく予測するために、アウトソールと摩擦パラメータの精度を優先してください。
- 主な焦点が傷害評価である場合：正確な力の伝達を脛骨と足に捉えるために、モデルに完全な多層内部構造（インソールとミッドソール）が含まれていることを確認してください。
履物の忠実度を優先することは、シミュレーションを大まかな近似から、安全分析のための生体力学的に一貫したツールへと変えます。
概要表：
| 要因 | シミュレーションへの影響 | 主な利点 |
|---|---|---|
| 多層構造 | 減衰と力の分布を決定する | 脛骨/足首への正確な衝撃伝達 |
| 詳細なアウトソール | グリップと滑りの特性を再現する | リアルな摩擦と着地/滑りの物理学 |
| クッションジオメトリ | 体の回転と変位を決定する | 衝撃後の移動軌道の検証 |
| 材料定義 | 衝突中のエネルギーを吸収する | 骨折および靭帯リスクの正確な評価 |
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参考文献
- Christian Lackner, Corina Klug. Investigations on tram-pedestrian impacts by application of virtual testing with human body models. DOI: 10.1186/s12544-023-00595-0
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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