Sport Dynamics Lab利用Flexdynamics测试、数字模型和人工智能工具比较设计、材料和系统，实现螺旋桨、无人机和振动结构的优化潜力。

复合材料在体育世界中依然扮演着重要角色。新材料正在生产更轻、更坚固、更耐用且定制化的滑雪板、自行车、雪橇、冲浪板、球棒、球拍、高尔夫球杆、球拍、杆子、曲棍球杆、头盔和鞋子。与此同时，提升体育可持续性的压力正在增加，但制造商必须在性能方面取得平衡。这种表现不仅仅取决于设备，更取决于运动员与设备的互动。

安道尔体育动力实验室带来了一种全新的绩效评估方法。它超越了标准化静态测试，测量设备的动态响应，结合运动员遥测和其他传感器数据集，并运用人工智能提供相关性和可操作的洞察。公司还基于这些数据创建了数字孪生，以验证设备性能预测，从而加快原型开发和评估。

Sport Dynamics Lab 创始人亚历克斯·亨格十多年来一直与 Mavic、Salomon、Nidecker 集团等品牌以及顶级职业车队合作开发和推动这项技术的发展。

他解释道：“我们帮助团队和制造商基于证据做出性能决策，结合动态测试、现场遥测和建模。”“对于制造商来说，我们能够理解这些复杂系统中实际发生的事情，并实现客观比较，帮助改进产品设计和优化材料。通过我们专利的Flexdynamics测试和'经验数字孪生循环'工作流程，我们正在将假设和'感受'转化为准确数据，重塑绩效的衡量和理解方式。”他还认为，这一方法有望将这一方法从体育扩展到无人机等领域，包括螺旋桨叶片和机翼，在这些领域，动态响应在性能和耐用性方面也起着关键作用。

三点弯法还不够

亨格说，在单板滑雪和滑雪板领域，几乎所有制造商的性能评估主要基于静态刚性和顺应性。“我怎么知道滑雪板质量好坏不坏？它通过三点弯曲测试，如果数值在某个范围内，那就没问题，“他解释道。“但我们测试过同样刚性的滑雪板，当它们在雪道上测试时，运动员会说，'这块真的很好，但那块很差。'他们“感受到”的不是静态属性，而是动态行为。我们已经看到，许多刚度大致相同的滑雪板在阻尼、扭转和弯曲时的反应截然不同。”

运动动力学实验室通过结合实验室测试结果与使用中的精密GPS、加速度计及其他传感器的遥测数据，将动态行为转化为数据，并运用人工智能工具获取洞察。

阻尼是指系统中振荡随时间的减少。在运动器材中，这些振荡是由动能输入引起的，并被结构材料阻尼所消散，尽管在使用过程中，摩擦力或空气阻力等其他因素也可能参与其中。“当滑雪者或单板滑雪者谈论灵敏时，这实际上是扭转阻尼，” 亨格说。“我们在与尼德克集团进行的一项大型相关研究中，可以清楚地看到这一点。”

他还提到了与自行车轮毂制造商Mavic合作完成的一项研究。“在我们的测试中，当将铝合金轮毂与设计和尺寸相同的全碳纤维复合材料轮子进行比较时，横向行为与阻尼的相关性比刚度的关系更强。”车轮的横向行为对性能至关重要—不仅影响稳定性和操控，还能有效将动力从骑手传递到摩托车。

“在体育领域，我们相信系统以某种方式运作，但很少有人能用物理学的角度衡量这些系统实际在做什么，”亨格说。“我正试图通过收集和分析数据来揭示实际发生的事情，建立相关性并促成更好的决策。”

解决方案的开发

亨格拥有20年的研发经验。“我的第一份工作是作为工业设计师和工程师，为劳斯莱斯和阿斯顿·马丁开发内饰，为医疗行业测量肺活量，并在飞利浦负责照明。在所有这些工作中，我一直在打造自己的机器。有一个项目需要做热成型，所以我自己组装了真空成型机和小型注塑机。”

“尝试开发更可持续的冲浪板材料，是我开始看到振动阻尼影响的地方，”他继续说道，“我意识到我需要一些测试方法。于是，我做了一个类似三点弯曲机的东西，但带有弯曲的臂，这样快速释放时，木板会弹跳，我能看到阻尼现象。随后我开发了软件，成功实现了高质量的数据和可重复性。那是2018年。”

亨格为这项技术申请了专利，称为Flexdynamics。“但它基于使用过程中真实物理现象的数据，”他解释道。“目标是尽可能接近产品的使用方式，但又能准确测量和重复。”

接下来最难的部分是理解数据背后的物理原理，“尤其是数学方面。在公司发展过程中，我们也建立了遥测能力。我们拥有厘米级的GNSS（全球导航卫星系统，GPS所在的伞状系统），配备实时校正功能，以及运动员训练的标准设备。这些实际使用数据同样重要。例如，滑雪板或自行车车架上的加速度计捕捉不同地形和速度下的振动特征，这些振动表现为不同的频率内容。然后我们将这些数据与实验室检测结果进行交叉对比，从而促进更好的理解。”

亨格仍需让整个方法协同工作以提供价值。“我们拥有精确的数据，帮助我们理解物理原理，但必须以赋予意义的方式进行分析和可视化。”Sport Dynamics Lab现提供包括研发、测试和结果解读在内的多项服务。“我的客户从南非、法国、瑞士到亚洲，包括体育器材品牌、OEM、车队和个人运动员。”

工作原理

一只滑雪板正在Flexdynamics机上测试。

亨格举了一个评估滑雪板的例子。“我会确定使用时接触点的位置，这两个底座将是支撑滑雪板的。在这些抓握点，它不能上下移动，但你可以自由移动。然后我把加载臂移到滑雪固定器所在的位置。用软件，我把臂的位移从2毫米降到30毫米。达到该设置后，停止时间不到1秒，记录施加的力度，然后松开。滑雪板会随之摆动。”

Flexdynamics在扭转中测试单板滑雪板，以及比较扭转响应（左）及其他动态性质（右）的测试数据。

机器上的传感器记录振荡频率为每秒≈240采样，直到振荡停止。“软件会重复测试，直到达到我们设定的初始位移容差±1毫米内的10次试验，”他解释道。“之后，我们通常会测试滑雪板的尖端和尾部。然后我们会抬起手臂并进行扭转测试。我们先记录接触点的角度和施加的扭力，然后重复10次，但施加扭转，进行同样的阻尼测试。所有数据都会被记录，然后利用AI工具进行分析，以筛选数据、识别模式并提供客观反馈。我的目标是让人工智能从数据中学习。”

为什么是扭转？“扭转会改变滑雪板或单板滑雪板的阻尼行为，” 亨格指出。“我们的相关研究显示，这正是运动员的感受。无扭转的Flexdynamics测试显示，运动员的评估几乎没有相关性。但凭借我们完整的阻尼和扭转数据，我们可以理解厚度、设计或材料的变化如何影响所用设备的性能。”

第一响应，能量耗散，复杂系统

Sport Dynamics Lab测试的产品通常表现为欠阻尼系统—即它们在扰动后振荡，最终沉降。“在这些系统中，最具信息量的特征往往出现在响应开始时，” 亨格说。“第一个反弹峰值给出一个简单的回弹（超冲）比率—例如，如果你将滑雪板向下移动10毫米，释放后向上反弹5毫米，则回弹比率为50%;如果反弹7毫米，则为70%。”

Flexdynamics 超越三点弯曲测试，不仅提供刚度数据，还提供一套完整的阻尼和扭转数据，包括初始响应和阻尼系数，这相当于用于比较材料、设计和系统的动态指纹。

“第一个峰值还反映了结构回弹的速度。两只滑雪板的静态刚度可能相同，但其中一块反弹更快。这种'弹回'时机与运动员所说的'弹跳'或反应性密切相关—例如，对于需要快速垂直抬升和旋转的单板和滑板动作非常重要。”

“除了第一个峰值之外，我们还量化了振荡的衰减以及系统消耗了多少能量，” 亨格说。“在真实设备中，这种阻尼通常是'有效'阻尼—不仅是材料阻尼，还包括接口、摩擦、组件，甚至某些产品的轮胎或绑定系统造成的损失。为了使其可行，我们提取反映能量吸收和控制的指标，这些是自行车车把等部件的关键特性。”

车把并非简单的系统，由多根管子和其他部件组成，但自行车轮子则复杂得多。亨格解释道：“你有辐条张力、辐条材料与轮圈的不同、轮圈截面、轮胎、胎压和外壳厚度——这些变量相互作用很多。每个供应商都试图隔离自己的部分，但骑手体验的是系统层面的动态响应。”

“我们的方法正是为这种现实而设计的，”他继续说道。“我们将受控实验室测试与设备和运动员的遥测和传感器结合起来，创建一个轮廓—即激发如何从道路或坡道进入系统，以及运动员本身—以便我们能够解读实际使用时重要的动态。”

仿真，端到端解决方案

有限元分析和仿真用于验证性能预测，加快原型开发和评估。

然而，预测和理解性能的关键部分是通过建模和仿真来增强Flexdynamics的测试。“我们正在结合有限元分析（FEA）模拟与测试，利用多种模拟软件程序复制现实中相同的载荷条件和边界条件。在静态有限元素分析中，我们在受控静态情况下实现了±%的一致性。这意味着我们在建模和测量方面非常接近。制造商可以携带三种或20种不同的结构，我们会进行Flexdynamics测试和相应的有限元素分析，以便准确表征材料，并配备自动化分析工具。这促成了我们所称的实证数字孪生循环，不仅能评估行为，还能引入变化以预测和验证新的绩效。”

Sport Dynamics Lab 随后以运动员、团队和制造商在线访问的方式可视化这些数据，包括显示速度、运动员运动学以及系统振动和阻尼的地图。“他们这样可以理解产品的性能，” 亨格说，“同时也能了解如何改进转弯等方面。这些洞察还可以与校准的虚拟孪生相关联，从而可以同时解读多个指标。这种方法也便于比较，因为你可以看到自行车A和自行车B的表现，以及它们在不同场景下的表现。”

“因此，我们不仅在测量，还在建模并整合两者到开发工作流程中，”他补充道。“我们的解决方案是横向的—从端到端运行。我不仅想给出Flexdynamics测试的答案，还想与统计模型和AI分析中的洞见交叉。”

生物基和回收材料的评估

“这是我热爱的领域，” 亨格说。“我在2017年冲浪板工作期间得到了Entropy Resins的赞助。”Entropy成立于2010年，是生物环氧的早期先驱。2018年，该公司被生产West System和Pro-Set 环氧树脂的Gougeon Brothers收购。亨格还曾使用Bcomp亚麻纤维增强剂。

数据、建模和人工智能辅助分析使得不同材料在应用中得以比较，比如这里展示的冲浪板，有助于确保性能得以保持甚至提升，例如采用更可持续的新型材料和工艺。

“许多群体希望从传统复合材料转向更环保和可持续的产品，” 亨格说，并指出5-6年前生物基环氧树脂的采用仍然有限。“现在情况已经改变，这非常好，但我认为行业仍需要时间和数据来建立对这些生物复合材料在实物中表现的信心。数据驱动的测试、建模和人工智能辅助分析可以帮助加快学习周期，减少反复试验。”

亨格观察到一个问题，品牌或制造商希望提升可持续性，但又不愿改变设计。“我们看到可以使用许多新材料，但板子可能需要更厚或更薄，才能达到同样的弹性。我的做法是停止现场的试错，先去实验室。我们先从你已经制作的滑雪杆或曲棍球杆开始，建立静态和动态特性的基线。然后我们可以在原型中尝试不同的材料。当你筛选出想在行业中试验的对象时，你也会有数据显示它们在阻尼和扭转方面表现是否相同或不同，测试则成为最终验证。这种方法降低了风险，使尝试这些新材料更具经济性。”

性能指标可以客观地比较不同品牌和设计，比如这里展示的滑雪板。

未来应用

体育动力学实验室正致力于实现符合ISO的程序和认证，并设想在体育之外的更广泛应用领域。“我的做法比传统体育方法更接近航空航天实践，” 亨格说，“但调整以适应更小的预算和更短的时间表。我正在尝试采用一种既经济实惠又能提供数据和可操作洞见，同时又灵活的方法，因为你不能用自行车轮子运行多年研发周期。”

Flexdynamics机器已被改装用于测试各种产品、材料和行为

“我们正在利用Flexdynamics机器测量比以往更广泛的产品、材料和行为。之前，我们专注于刚度、回弹和阻尼指标，但现在我们已经创建了多种不同的夹具，例如用于测量轮胎，既用于自由响应测试，也包括在渐进载荷和压力下的轮胎测量。这为测量多种弹性体材料打开了大门，包括泡沫和细胞结构。我们也可以加入不同的机器。”

运动动力学实验室未来可能的应用包括无人机和赛车运动中承受高振动载荷的结构

“我很想开始与无人机合作，因为它们的使用正在迅速扩展，我们必须了解螺旋桨叶片、机翼和支撑件在承受系统中所有动态载荷和激发时会发生什么，” 亨格继续说道。“我们还看到在赛车运动空气弹性方面的应用—例如，主要响应空气动力学载荷而非直接驱动的被动元件。我们也可以衡量这种行为，但我们是小公司，所以会一步步进步。”

“我们现在拥有多种产品、几何形状和材料的经验，能够构建模拟，帮助我们预测结构和系统的动态响应。我们努力确保所提供的数据尽可能准确且真正有用—帮助公司和团队做出关键决策。我们将这种方法应用于自行车、雪上运动和综合运动—将感觉和假设知识转化为可测量的物理和客观数据。复合材料，按定义，是一个由组件组成的系统。而我们优化的设备代表了另一种系统规模—不仅要优化复合材料，还要优化整体设计。要成功，你必须能够协调系统。而要做到这一点，你需要可靠的数据。”

原文《Dialing in composites performance via dynamic digital twins》

杨超凡