Zanimivost: tudi zrak je z vidika fizike tekočina. Hitrost gibanja zraka in porazdelitev tlaka okoli kompleksnih oblik lahko analiziramo z uporabo simulacij računalniške dinamike tekočin. Za to je SOLIDWORKS Flow Simulation ena izmed najbolj priljubljenih rešitev za virtualno preizkušanje izdelkov in analizo toka tekočin.
Za simulacijo smo uporabili 3D-model uradne žoge mednarodnega nogometnega turnirja leta 2026. Ker se tok zraka okoli žoge med letom nenehno spreminja, smo izvedli časovno odvisno (transientno) simulacijo. Model je vključeval rotirajoče območje, medij pa je bil nastavljen na zrak. Začetno hitrost udarca smo določili na 27,5 m/s, kar ustreza hitrosti profesionalnega prostega strela. Žogi smo dodali še vrtenje s hitrostjo 450 vrtljajev na minuto (RPM), kar približno ustreza rotaciji, ki jo ustvarijo vrhunski nogometaši ob udarcu.
Kot cilja izračuna smo določili hitrost toka zraka in tlak, nato pa računsko mrežo dovolj zgostili, da je natančno zajela vse spremembe toka in tlačnih gradientov na površini žoge.
Rezultati simulacije v programu SOLIDWORKS Flow Simulation so pokazali, da se zrak na eni strani vrteče se žoge giblje hitreje kot na drugi. Zaradi razlike v hitrosti nastane razlika v tlaku, ki ustvari bočno silo. Ta pojav poznamo kot Magnusov učinek. Prav ta aerodinamični pojav povzroči, da se žoga med letom odkloni in ustvari značilen lok oziroma ukrivljeno trajektorijo, ki jo občudujejo nogometni navdušenci po vsem svetu.
Kako zasnova žoge vpliva na njeno ¸pot
Na aerodinamične sile pomembno vpliva tudi sama konstrukcija žoge. Današnje tekmovalne žoge so zasnovane za čim bolj predvidljiv let, medtem ko je bila žoga, uporabljena na prvem svetovnem prvenstvu leta 1930, bistveno drugačna.
Sodobna žoga za prvenstvo leta 2026 je izdelana iz poliuretana in sestavljena iz štirih toplotno zatesnjenih panelov, kar zagotavlja gladko površino in optimalne aerodinamične lastnosti. Nasprotno pa je bila žoga iz leta 1930 izdelana iz usnja ter povezana z vezalkami, saj so bili takrat na voljo predvsem takšni materiali.
Analiza stare žoge je pokazala precejšnjo aerodinamično nestabilnost. Enaka CFD-simulacija je razkrila, da so vezalke povzročale odtrganje vrtincev (vortex shedding), kar je vodilo do nepredvidljivega leta žoge. Hrapava in neenakomerna površina je ustvarjala zelo turbulentno mejno plast, zaradi česar je bilo žogo bistveno težje natančno nadzorovati.
Po skoraj stoletju razvoja in izboljšav nogometnih žog sodobna zasnova pričakovano zagotavlja precej bolj stabilen let. Simulacija v programu SOLIDWORKS Flow Simulation je pokazala, da moderna žoga ustvarja približno 4,5 N stalne bočne sile. Ta igralcem omogoča predvidljivo in enakomerno ukrivljanje žoge ter bistveno boljši nadzor pri prostih strelih in podajah.
Načrtovanje boljših izdelkov s programom SOLIDWORKS Flow Simulation
Računalniška dinamika tekočin ni nujno zapletena. Z njeno pomočjo lahko razložimo fizikalne pojave, s katerimi se srečujemo vsak dan – tudi tiste, ki oblikujejo naše najljubše športe. Hkrati pa CFD predstavlja izjemno zmogljivo orodje za razvoj in optimizacijo izdelkov.
SOLIDWORKS Flow Simulation inženirjem ter konstruktorjem ponuja intuitivno rešitev, neposredno povezano z njihovim CAD-okoljem, za analizo in optimizacijo izdelkov na najrazličnejših področjih. Ne glede na to, ali razvijate športno opremo, industrijske izdelke ali kompleksne tehnične sisteme, vam natančne simulacije omogočajo hitrejše inovacije, boljše odločitve in večjo konkurenčnost – na igrišču in zunaj njega.
Za več informacij nas kontaktirajte preko info@ib-caddy.com ali pa prek telefonske številke (01) 566 12 55.