de.wedoany.com-Bericht: Rand Simulation hat eine Fallstudie zur Helm Entwicklung veröffentlicht, die zeigt, wie Simulation, fortschrittliche Materialien, additive Fertigung und künstliche Intelligenz das Design-Ökosystem von Schutzausrüstung neu gestalten. Das Projekt stammt von der britischen Beratungsfirma D2H Engineering, die mit der Entwicklung eines innovativen Helms beauftragt wurde, der sowohl schweren Aufprallkräften standhalten als auch aerodynamische Anforderungen erfüllen kann. Rand Simulation nutzte die Software LS-DYNA, die besonders für die Simulation von nichtlinearen Materialien und hochenergetischen Stößen geeignet ist.
Jason Pfeiffer, Vizepräsident von Rand Simulation, wies darauf hin, dass das Team den internen LS-DYNA-Experten Turner Jennings hinzugezogen hat, der einen akademischen Hintergrund in der Optimierung von Schutzhelmdesigns besitzt. Während seiner Promotion und Postdoc-Forschung konzentrierte sich Jennings darauf, wie Helm-Passform, Komfort und Kopfformunterschiede die Verletzungsergebnisse beeinflussen. Er erklärte, dass das Aufsetzen desselben Helms auf verschiedene Köpfe und das Ausüben desselben Aufpralls zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen führt, und die Simulationstechnologie es ihm ermöglicht, diese Unterschiede zu quantifizieren und auf reale Herausforderungen anzuwenden. Pfeiffer fügte hinzu, dass Ästhetik und Tradition ebenfalls die Erwartungen der Nutzer prägen: „Wenn Sie Motorrad fahren, müssen Sie nicht unbedingt einen super sportlichen Helm tragen, wie wenn Sie mit 100 Meilen pro Stunde einen Berg hinunterrasen.“
Zu den Vorteilen dieses Design-Ökosystems gehören: Durch die Nachbildung realer Tests mit Ansys LS-DYNA hilft D2H Advanced Technologies Kunden, innovative Helme effizient zu kommerzialisieren; hochwertige Analysen und Simulationen vor physischen Tests senken die Produktentwicklungskosten; die schnelle Simulationsfähigkeit ermöglicht es dem Unternehmen, komplexe Projekte mit kürzeren Durchlaufzeiten zu liefern. Jennings betonte, dass jede Sportart ihre eigenen Teststandards, Aufpralleigenschaften und Akzeptanzkriterien hat – beispielsweise unterscheidet sich ein Downhill-Skihelm in Bezug auf Schutz, Aerodynamik und peripheres Sichtfeld völlig von einem Motorradhelm.
Materialinnovation ist ein weiterer wichtiger Treiber. Moderne Schäume und Verbundwerkstoffe zeigen stark nichtlineares Verhalten, so Pfeiffer, und LS-DYNA verfügt über die Materialmodelle, die zur korrekten Simulation dieser Spitzenmaterialien erforderlich sind. Der 3D-Druck ist in High-End-Helmanwendungen keine experimentelle Technologie mehr; Hersteller beginnen, maßgeschneiderte Schaumgitter mit präzise abgestimmten Materialeigenschaften zu drucken. Am Beispiel des Kunden Beehive, der 3D-gedruckte Düsentriebwerkskomponenten herstellt, konnten durch die direkte Integration der Simulation in den Druckprozess Tausende von Einzelteilen auf wenige reduziert werden.
Der Einsatz künstlicher Intelligenz ist ebenfalls entscheidend. Synopsys (ehemals Ansys) entwickelt seit fast einem Jahrzehnt KI-gestützte Simulationswerkzeuge. In der numerischen Strömungsmechanik kann KI auf Basis historischer Daten aerodynamische Ergebnisse vorhersagen, ohne eine vollständige numerische Lösung durchführen zu müssen. Pfeiffer sagte: „Sie können Designänderungen vornehmen und sehr genaue Ergebnisse erhalten, ohne das vollständige Modell auszuführen.“ Er hält die Aussage in der Branche, dass KI Ingenieuren etwa 80 % des Fortschritts ermöglichen kann, für zutreffend. KI kann die frühe Erkundung enorm beschleunigen, aber die verbleibenden 20 %, die ingenieurtechnisches Urteilsvermögen erfordern, bleiben dem Menschen überlassen. Pfeiffer meinte: „Die letzten 20 % sind der Bereich, in dem Sie sich Ihren Ruf aufbauen.“
Helmdesign geht heute nicht mehr nur um Materialien und Aufpralltests, sondern darum, Simulation, additive Fertigung und künstliche Intelligenz in einen einheitlichen Arbeitsablauf zu integrieren. Das Team von Rand Simulation stimmt dem zu und betont, dass diese Verschmelzung sich nur noch beschleunigen wird.
