Como O Software De Análise De Elementos Finitos, Como O Ansys, É Aplicado Para Simular A Resistência Ao Escorregamento Da Sola De Sapatos? Otimizar A Aderência Com Segurança

A análise de elementos finitos (FEA) da Ansys simula a resistência ao escorregamento da sola de sapatos, criando um ambiente virtual onde a interação mecânica entre o piso de um sapato e a superfície do piso é modelada matematicamente. Ao aplicar condições de contorno específicas — como uma pressão de caminhada de 70.000 Pa e coeficientes de atrito definidos — os engenheiros podem medir o deslocamento resultante da sola. Essa abordagem digital permite que os designers otimizem os padrões de piso para segurança e aderência sem a necessidade imediata de protótipos físicos caros.

Principal Conclusão: A FEA transforma a dinâmica complexa da caminhada física em um modelo digital mensurável, permitindo que os engenheiros prevejam a resistência ao escorregamento de um sapato analisando como geometrias específicas de piso reagem à pressão e ao atrito.

A Base dos Testes Virtuais: Modelagem 3D

Criação de Protótipos Geométricos Precisos

Antes que a simulação comece no Ansys, um modelo 3D de alta fidelidade deve ser construído, normalmente usando software CAD como o SolidWorks.

Especialistas modelam o sapato com base em formas padrão, como um tamanho 41 Paris Point, para garantir que a escala seja industrialmente relevante.

Cada detalhe do piso — incluindo altura do piso, espaçamento das lacunas e espessura total da sola — é representado com precisão para servir como base geométrica para a FEA.

Definição de Propriedades do Material

O modelo digital deve se comportar como materiais do mundo real, como borracha ou poliuretano.

Nesta fase, o software recebe características físicas como elasticidade e densidade, que ditam como o material se deformará sob estresse.

Sem definições precisas de material, a simulação não pode prever de forma confiável como o piso "morderá" ou deslizará em uma superfície.

Replicação da Marcha Humana em um Ambiente Digital

Aplicação de Condições de Contorno Realistas

Para simular um passo humano, o Ansys aplica uma pressão vertical — frequentemente padronizada em 70.000 Pa — ao modelo da sola do sapato.

A simulação também incorpora um ângulo de pouso, frequentemente definido em 17 graus, para imitar o momento específico em que o calcanhar atinge o solo durante uma caminhada.

Esses parâmetros garantem que o teste virtual reflita as forças reais que levam a incidentes de "escorregamento e queda" no mundo real.

Simulação de Interações de Atrito

O software calcula a interação entre a sola e o piso com base no Coeficiente de Atrito Disponível (ACOF).

Os engenheiros inserem variáveis específicas para representar diferentes tipos de piso ou contaminantes, como água ou óleo.

Ao simular uma velocidade de deslizamento de aproximadamente 0,5 metros por segundo, o software pode observar como os blocos de piso se flexionam e se movem sob energia cinética.

Análise de Desempenho Através do Deslocamento

Medição da Estabilidade Estrutural

A principal saída para avaliar a resistência ao escorregamento em FEA é a análise de deslocamento.

O Ansys rastreia o quanto o material da sola se move ou "arrasta" quando a pressão de caminhada é aplicada contra a resistência ao atrito do piso.

Um deslocamento mínimo sob alta tensão indica um design estável e de alta aderência, enquanto um movimento excessivo sugere um alto risco de escorregamento.

Identificação de Pontos Fracos de Design

As ferramentas de visualização dentro do Ansys permitem que os engenheiros vejam "mapas de calor" de tensão e deformação em toda a sola.

Esses mapas destacam quais blocos de piso específicos não estão fornecendo suporte adequado ou onde a água pode ficar presa, reduzindo a aderência.

Esses dados permitem iteração rápida, onde um designer pode ajustar uma única ranhura de piso e testá-la novamente em minutos.

Compreendendo os Compromissos

Precisão da Simulação vs. Variáveis do Mundo Real

Embora a FEA seja altamente precisa para otimização geométrica, ela pode ter dificuldades em replicar perfeitamente contaminantes ambientais complexos.

Variáveis como a textura microscópica de um piso ou a degradação química da borracha ao longo do tempo são difíceis de modelar com 100% de certeza.

Além disso, os modelos digitais assumem uma marcha "perfeita", enquanto os padrões de caminhada humana são altamente variáveis e imprevisíveis.

A Necessidade de Validação Física

A simulação digital deve ser vista como uma ferramenta de filtragem em vez de uma substituição total para testes físicos.

Mesmo os modelos Ansys mais avançados geralmente requerem validação final usando um testador de atrito pendular portátil para garantir que o sapato atenda aos limites de segurança (geralmente um ACOF acima de 0,3).

Confiar apenas no software sem verificação cruzada física pode levar a designs "super otimizados" que falham em condições do mundo real confusas e não modeladas.

Aplicando FEA ao Seu Fluxo de Trabalho de Design

Fazendo a Escolha Certa para Seu Objetivo

Para maximizar o valor da FEA no desenvolvimento de calçados, alinhe sua estratégia de simulação com seu objetivo específico.

Se o seu foco principal é prototipagem rápida: Use SolidWorks e Ansys para testar várias geometrias de piso em um ambiente virtual para eliminar designs ruins precocemente.
Se o seu foco principal é certificação de segurança: Use FEA para identificar pontos de tensão, mas priorize testes pendulares físicos para confirmar que o ACOF atende ao limite de segurança de 0,3.
Se o seu foco principal é inovação de materiais: Use Ansys para experimentar diferentes valores de elasticidade para ver como novos compostos de borracha afetam o deslocamento da sola.

Ao integrar a FEA ao processo de design, você substitui o "achismo" por precisão baseada em dados, resultando em calçados de alto desempenho e inerentemente mais seguros.

Tabela Resumo:

Etapa da Simulação	Parâmetro / Valor Chave	Propósito na FEA
Modelagem Geométrica	Tamanho 41 Paris Point (CAD)	Fornece geometria de piso precisa para análise
Aplicação de Carga	70.000 Pa (Pressão Vertical)	Imita o peso e a pressão humana durante a caminhada
Ângulo de Marcha	17 Graus	Replicar o momento crítico de impacto do calcanhar
Métricas de Deslizamento	Mapas de Deslocamento e Tensão	Identifica pontos fracos de design e estabilidade
Meta de Segurança	> 0,3 ACOF	Compara resultados digitais com padrões de segurança

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Referências

Farihur Raiyan, Md Samsul Arefin. Numerical Simulation of Slip Resistance of Shoe Sole Tread Patterns Using Finite Element Method. DOI: 10.38032/scse.2025.3.127

Este artigo também se baseia em informações técnicas de 3515 Base de Conhecimento .