전문 신발 구성은 고충실도 시뮬레이션을 위한 엄격한 요구 사항입니다. 이는 신발의 패브릭, 깔창, 중창 및 밑창을 포함한 특정 다층 구조가 보행자, 도로 및 차량 간의 접촉 마찰과 힘 전달을 근본적으로 결정하기 때문에 필요합니다. 이 정도의 세부 정보 없이는 시뮬레이션이 충돌의 생체 역학적 현실을 정확하게 재현할 수 없습니다.
상세한 신발 모델링은 이론적 기하학적 구조와 실제 물리 법칙 간의 격차를 해소합니다. 전문 신발의 특정 쿠셔닝과 마찰을 시뮬레이션함으로써 엔지니어는 충격 후 궤적을 정확하게 예측하고 생체 역학적으로 일관된 하체 부상 위험을 평가할 수 있습니다.
접촉 및 상호 작용의 물리
현실적인 마찰 시뮬레이션
발과 지면의 상호 작용은 단순한 기하학적 충돌이 아니라 마찰에 의존하는 이벤트입니다. 상세한 밑창 모델링은 신발과 도로 표면 간의 특정 접지력 및 미끄러짐 특성을 복제하기 위해 필요합니다.
이 마찰은 충격 순간에 발이 지면에 닿거나 미끄러지는 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 정확한 모델링은 시뮬레이션이 보행자가 지면에 대해 경험하는 실제 물리적 저항을 반영하도록 합니다.
힘 전달 관리
전문 신발은 에너지를 흡수하고 분산하도록 설계된 복잡한 다층 구조로 구성됩니다. 깔창과 중창은 충격력이 지면에서 골격 구조로 전달되는 방식에 중요한 역할을 합니다.
이러한 층을 세밀하게 조정하면 시뮬레이션에서 신발의 감쇠 효과를 포착할 수 있습니다. 이를 통해 발과 발목으로 들어가는 충격력을 과대평가하거나 과소평가하는 것을 방지할 수 있습니다.
생체 역학적 영향
궤적에 미치는 영향
신발의 특성은 전체 신체의 운동학적 반응을 결정합니다. 충격 후 움직임 궤적과 측면 변위는 신발의 쿠셔닝과 접지력에 크게 영향을 받습니다.
신발이 단순한 단단한 블록으로 모델링되면 시뮬레이션은 충돌 후 신체가 회전하거나 측면으로 이동하는 방식을 예측하지 못합니다. 이는 보행자의 전반적인 움직임에 대한 부정확한 운동학적 데이터를 초래합니다.
하체 위험 평가
이러한 시뮬레이션의 궁극적인 목표는 안전을 보장하고 부상을 예측하는 것입니다. 생체 역학적 일관성은 하퇴, 경골 및 발의 외상을 평가하는 데 매우 중요합니다.
신발을 올바르게 구성하면 이러한 신체 부위에 계산된 응력과 변형이 유효함을 보장합니다. 이를 통해 골절 위험과 인대 손상을 정확하게 평가할 수 있습니다.
절충점 이해
복잡성 대 정확성
상세한 신발 모델을 구현하면 상당한 기하학적 복잡성이 발생합니다. 다층 구조는 단순화된 발 모델보다 더 높은 메시 밀도와 더 복잡한 재료 정의가 필요합니다.
이는 시뮬레이션의 계산 부하를 증가시키지만 필요한 절충점입니다. 생체 역학적 정확성과 부상 예측 신뢰성의 향상은 추가 처리 요구 사항을 능가합니다.
시뮬레이션에 대한 올바른 선택
가상 테스트에서 유효한 안전 데이터를 얻으려면 특정 시뮬레이션 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 운동학인 경우: 측면 변위 및 신체 궤적을 올바르게 예측하기 위해 밑창 및 마찰 매개변수의 정확성을 우선시하십시오.
- 주요 초점이 부상 평가인 경우: 경골 및 발로의 정확한 힘 전달을 포착하기 위해 모델에 전체 다층 내부 구조(깔창 및 중창)가 포함되도록 하십시오.
신발의 충실도를 우선시하면 시뮬레이션이 거친 근사치에서 생체 역학적으로 일관된 안전 분석 도구로 변환됩니다.
요약 표:
| 요인 | 시뮬레이션에 미치는 영향 | 주요 이점 |
|---|---|---|
| 다층 구조 | 감쇠 및 힘 분배 결정 | 경골/발목으로의 정확한 충격 전달 |
| 상세 밑창 | 접지력 및 미끄러짐 특성 복제 | 현실적인 마찰 및 착지/미끄러짐 물리 |
| 쿠셔닝 기하학 | 신체 회전 및 변위 결정 | 검증된 충격 후 움직임 궤적 |
| 재료 정의 | 충돌 중 에너지 흡수 | 골절 및 인대 위험의 정확한 평가 |
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참고문헌
- 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
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