Проектирование шлемов от британской D2H Engineering: интеграция симуляции, ИИ и аддитивного производства

Репортаж от Wedoany，Компания Rand Simulation опубликовала исследование по разработке шлема, демонстрирующее, как симуляция, современные материалы, аддитивное производство и искусственный интеллект меняют экосистему проектирования защитного снаряжения. Проект основан на работе британской консалтинговой компании D2H Engineering, которой было поручено разработать инновационный шлем, способный выдерживать сильные ударные нагрузки и соответствовать требованиям аэродинамики. Rand Simulation оказала поддержку с использованием программного обеспечения LS-DYNA, которое особенно подходит для моделирования нелинейных материалов и высокоэнергетических ударов.

Вице-президент Rand Simulation Джейсон Пфайффер отметил, что команда привлекла внутреннего эксперта по LS-DYNA Тернера Дженнингса, имеющего академический опыт в оптимизации конструкции защитных шлемов. Во время докторантуры и постдокторантуры Дженнингс сосредоточился на том, как посадка шлема, комфорт и различия в форме головы влияют на исход травм. Он отметил, что при надевании одного и того же шлема на разных людей и приложении одинакового удара результаты могут незначительно различаться, а технология симуляции позволила ему количественно оценить эти различия и применить их к реальным задачам. Пфайффер добавил, что эстетика и традиции также формируют ожидания пользователей: «Когда вы едете на мотоцикле, вам не обязательно носить суперспортивный шлем, как если бы вы мчались с горы со скоростью 100 миль в час».

Преимущества этой экосистемы проектирования включают: воспроизведение реальных испытаний с помощью Ansys LS-DYNA, что помогает D2H Advanced Technologies эффективно коммерциализировать инновационные шлемы для клиентов; проведение высокоточного анализа и симуляции до физических испытаний, что снижает затраты на разработку продукта; возможность быстрой симуляции позволяет компании выполнять сложные проекты с более короткими сроками. Дженнингс подчеркнул, что каждый вид спорта имеет свои стандарты испытаний, характеристики ударов и критерии приемки, например, шлем для скоростного спуска на лыжах полностью отличается от мотоциклетного шлема по балансу защиты, аэродинамике и периферийному обзору.

Инновации в материалах являются еще одним ключевым фактором. Современные пены и композиты демонстрируют высоконелинейное поведение, и, по словам Пфайффера, LS-DYNA имеет необходимые модели материалов для правильного моделирования этих передовых материалов. 3D-печать в приложениях для высококлассных шлемов больше не является экспериментальной технологией; производители начинают печатать индивидуальные решетки из пеноматериалов с точно настроенными свойствами. На примере клиента Beehive, который производит детали для реактивных двигателей с помощью 3D-печати, интеграция симуляции непосредственно в процесс печати позволила сократить сборку из тысяч деталей до нескольких.

Использование искусственного интеллекта также является ключевым. Компания Synopsys (ранее Ansys) разрабатывает инструменты симуляции на основе ИИ уже почти десять лет. В вычислительной гидродинамике ИИ может прогнозировать аэродинамические результаты на основе исторических данных без необходимости полного численного решения. Пфайффер сказал: «Вы можете вносить изменения в конструкцию и получать очень точные результаты без запуска полной модели». Он считает, что утверждение в отрасли о том, что ИИ может довести инженера примерно до 80% прогресса, является точным. ИИ может значительно ускорить ранние исследования, но оставшиеся 20%, связанные с инженерным суждением, по-прежнему зависят от человека. Пфайффер отметил: «Последние 20% — это то, где вы строите свою репутацию».

Проектирование шлемов больше не ограничивается материалами и ударными испытаниями; оно заключается в интеграции симуляции, аддитивного производства и ИИ в единый рабочий процесс. Команда Rand Simulation согласна с этим и подчеркивает, что такая интеграция будет только ускоряться.