Royal TenCate是全球領先的合成草纖維及其它球場組件生產商，透過Abaqus有限元素分析軟體，和荷蘭的工程顧問公司Reden BV共同系統化地優化了人工草坪的設計與性能。 圖1. 球體彈跳模型，其展示了合成草坪填充物和纖維對足球撞擊的互動反應。 人工草坪實際上是由草纖維、填充物和支撐層組成的完整系統，鋪設在地基上，地基可以是土壤、沙土和/或混凝土。這些組件根據草坪安裝地點的環境條件進行微調。在創建人工草坪模型時，Royal TenCate以多個層面審視問題，這個漸進過程涵蓋了從基本材料選擇到完整系統模擬的多個階段： 微觀：單一纖維的屬性分析 進程起始於對單一合成纖維的微觀分析。使用 Abaqus 有限元素分析（FEA），對纖維的質量、形狀、彎曲性、高度等特性進行模擬，並修改與重新測試，直到達到所需的規範。 圖2. Royal TenCate人工草坪建模策略，最初由微觀層面的材料特性分析開始。 中觀：填充物與纖維的交互作用 隨後，模型擴展到纖維與填充物的中觀互動。這涉及調整填充物的形態、尺寸、材料、分佈及摩擦力，以優化其與纖維的結合，進行三維壓縮測試以確保性能穩定。 圖3. 橡膠或熱塑性塑膠填充樣品（左），與單一塑料顆粒的FEA模型（右）。 宏觀：整體場地模擬，研究球體或運動員對場地的影響 最終階段是整體系統的宏觀分析，包括對撞擊場地的足球或球員的反應進行模擬。這個階段不僅涉及纖維和填充物，還包括背襯和底基層，以評估整個草坪系統的壓縮、彈性和阻尼特性。 此外，同時透過「人造運動員」等現場測試，實際測量草坪的行為（如圖4下方），例如圖4左上的負載效應以及圖4右上的位移效應，並與Abaqus模型預測的結果進行比對，以驗證模擬的準確性。 圖4. 從纖維和填充物測試獲得的Abaqus數據，被整合成場地特性模型進行模擬驗證。 持續的產品迭代，更好的性能始於FEA 相較於天然草坪，人工草坪被認定為「合適球場表面」，其具備的優勢包括提供常綠且均勻的球場表面，使比賽更快速、準確，有利於技術型及體能型球員。此外，人工草坪場地的使用頻率高於天然草坪，不受惡劣天氣影響，且維護成本更低。 基於高性能運算（HPC）和Abaqus測試結果，能夠深入瞭解各個組件如何協同工作以及對終端用戶的具體影響，進行必要的產品調整以優化性能，這可能包括修改纖維的結構、調整填充物或重新設計背襯。透過這個漸進的過程，Royal TenCate利用Abaqus有限元素分析（FEA）的強大功能，不斷提升人工草坪的技術水平，確保最終產品能夠滿足或超越國際足球協會（FIFA）對人工草坪其材料、基底結構、安裝、測試和認證制定的詳細規範標準。也由於優化設計進而減少原型測試次數，Royal TenCate不僅降低了成本、加強了產品的市場競爭力，也提供了更安全、更可靠的運動場地解決方案。 關鍵字：產品迭代、有限元素分析（FEA）、人工草坪 資料來源： 下載PDF