CAE技术如何铸就菲尔普斯“鲨鱼皮”的神奇

8月17日，北京奥运会游泳比赛项目在“水立方”落下帷幕，9天内，我们见证了19项新的世界纪录和7项新的奥运会纪录的诞生，见证了泳坛巨星菲尔普斯身着“鲨鱼皮”泳衣勇夺8金的奥运传奇……

“鲨鱼皮”在水立方掀起的夺金狂潮，让这款泳衣在国人心中愈加神秘。其实早在7月15日，“鲨鱼皮四代”泳衣就曾在国内第一次公开亮相，据SPEEDO公司市场部相关人士介绍，在SPEEDO与比雅全球（PERA Global）集团子公司安世亚太联合举行的“仿真奥运•先睹为快”的活动上，SPEEDO公司不但第一次现场展示了“鲨鱼皮”泳衣，还一起揭开了“鲨鱼皮”泳衣背后的神秘技术——CAE仿真技术，让我们了解了CAE技术是如何铸就“鲨鱼皮”的神奇。

CAE技术铸就“鲨鱼皮”

奥运竞技场上的胜负或许只在0.01秒的差距，而这个差距足以改写奥林匹克历史。CAE仿真技术恰恰可以帮助设计者创造奇迹。我们知道水的阻力是运动员提高游泳速度的最大障碍，它的流动方式是决定泳速的关键因素，因此降低水的阻力自然成为帮助游泳运动员提高成绩的最有效途径，它同时也是最具难度的一项工作。而应用CAE仿真技术的“鲨鱼皮”泳衣却令人难以置信地比普通Lycra泳衣的阻力低38%！在游泳比赛中那看上去哪怕是0.01秒的突破都难以企及的情况下，38%将意味着什么？

CAE技术分析“鲨鱼皮”泳衣性能

CAE技术恰好可以帮助研究人员获取关于泳衣表面和形体阻力的理想方案。运动员要求理想的泳衣实现水中运动过程尽可能平滑和不受到干扰，因此经CAE软件FLUENT数值分析，研究人员能够得到泳衣各部位的阻力特性，并在高阻力区域布置Lzr Panels（低磨擦材料），从而使运动员在水中尽可能地产生减少阻力的流体动力。在泳衣的设计过程中，为了能够在泳衣中找到合适的部位放置Lzr Panels（低磨擦材料），研究人员对400多位运动员和顶尖游泳健儿进行了连续扫描分析，运动员都采用了手在头上部的滑行姿势。因为游泳比赛中，30%的赛程使用的会是这种姿势，通过降低该姿势下的阻力来提高泳衣的整体性能。随后，研究人员使用FLUENT软件分析的仿真数据，精确定位运动员在水中身体的高磨擦区，通过CAE技术寻找游泳运动员在水中身体最大阻力的位置，然后在该部位采用低磨擦材料进行设计。

CAE技术分析运动员最大阻力位置

当应用CAE技术的时候，计算机能够预测运动员身体周围每处水的速度、应力以及压力。阻力高的区域用红色显示，以此表明泳衣上哪些部分需要进行改进。例如，从上图可以明显看到胸部的阻力比较大，在这些高阻力的区域就可以安置Lzr Panels（低磨擦材料）。此外，CAE技术还可以帮助研究人员考察更多的极端情况。例如，运用CAE技术，可以针对不同人的体型与身高执行不同的泳衣设计方案。由于运动员的技术水平、体型特征等条件都各不相同，所以也只有量身定制的“鲨鱼皮”才能使他们的技术水平发挥到极致。

然而，使用CAE来设计泳衣的难度远超过使用它来设计其他产品。因为研究人员不仅需要考虑空气和流体动力学，还要考虑身体周围水泡的流动，考虑肌肉运动和呼吸等生物功能。“鲨鱼皮”第一次使这项技术应用于泳衣设计并获得了巨大的成功，成为当之无愧的最高科技的结晶，同时也向人们揭示了CAE技术的神秘力量。

CAE技术并不神秘

其实，CAE技术本身并不神秘，它早已悄然融入到了科技奥运之中。作为全世界科技含量最高的建筑之一，“鸟巢”是中国人的骄傲，它是设计师解决了一系列建筑设计和构筑难题之后的结晶。每一根钢梁放在哪里，如何连接，角度怎样，还要保证整体设计的美观，保证身处其中的观众的舒适性，保证8级地震的抗震需要……，CAE仿真技术能够最方便最完美地预见和解决设计与建造中的问题。除了鸟巢、水立方和其他一些场馆设计和建筑需要CAE技术支持以外，在运动器材方面，大到自行车、帆船的设计，小到高尔夫球杆、运动鞋的设计，只要与快速运动有关的，CAE技术都可以通过精确的分析告诉你怎样的设计可以达到最佳运动效果。

同样，CAE技术也已经渗透进我们生产、生活的方方面面。作为高科技精髓的CAE技术，其中文含义是“计算机辅助工程”，用计算机辅助求解复杂工程问题和优化产品性能的数值分析方法，通俗的解释就是为工程设计提供一个仿真模拟平台。比如汽车、飞机、轮船、医疗设备、建筑、消费类电子等复杂产品的设计过程中，都离不开CAE技术，通过CAE技术可以缩短产品的上世时间、节约成本、提升产品性能。

而对中国制造业而言，CAE技术是实现从做出产品到做好产品，从“中国制造”到“中国创造”的转变过程的核心技术和方法。2008是中国制造极为艰难的一年，“中国制造”仰仗的价格优势迅速丧失，吞噬着中国制造业的生存空间。我国制造业经过60余年的发展，到了现阶段，作为基础工业的制造业再要想引进国外新技术，甚至进口一些先进的装备已经是难上加难，自主创新迫在眉睫。自主创新离不开信息化的支撑，有关专家表示，中国制造业信息化必须向着深化应用、提高水平、支持精益研发的方向发展。正如原机械科学研究总院副院长屈贤明所说，精益研发理念和安世亚太精益研发解决方案的出世恰逢其时。而精益研发解决方案的诞生，将成为制造业信息化发展的一个崭新的里程碑。CAE技术作为精益研发不可或缺的三大核心技术之一，也将会给中国制造业信息化注入更多活力。

圣火点燃了CAE，而CAE照亮了奥运。“鲨鱼皮”夺走了多少人的目光？ “鸟巢”照亮了多少明星？这仅仅是开始，大飞机、神舟七号、月球车……，更多精彩正在来临！

来源：赛迪网

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