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乘用车驾驶员体压分布评价研究

乘用车驾驶员体压分布评价研究

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作者：刘欣吉林大学

学位级别：硕士

在科技与汽车行业蓬勃发展的今天,人们日益增长的高质量出行需求使得汽车座椅舒适性成为评价汽车乘坐体验好坏的关键性指标。采用物理测试评价样椅舒适性并进行迭代优化,耗费大量时间成本,因此需要一种更经济更高效的基于数字仿真的优... 详细信息

在科技与汽车行业蓬勃发展的今天,人们日益增长的高质量出行需求使得汽车座椅舒适性成为评价汽车乘坐体验好坏的关键性指标。采用物理测试评价样椅舒适性并进行迭代优化,耗费大量时间成本,因此需要一种更经济更高效的基于数字仿真的优化方法。将座椅开发与仿真技术相结合,通过精度较高的有限元模型进行仿真分析来降本增效成为了当代座椅开发的一大研究方向。为了提高仿真结果的精确度,本文建立基于中国中等身材男子人体尺寸的精细有限元模型,用于仿真人体入座和计算体压分布;采用结合简易座椅进行仿真计算和试验的方式验证了人体有限元模型的有效性和计算结果的准确性;通过实验统计研究了中等身材男子人体落座的胯点位置和坐姿规律,用于体压分布仿真中准确设置人体姿态和位置,提高体压分布计算的准确性。为了建立精准的人体有限元模型,基于中国最新第50百分位身高男性人体尺寸数据,建立了包含皮肤、软组织、骨骼、胸腹腔等部分的人体有限元模型。在Hyper Mesh软件中对人体软组织部分进行有限元网格划分时,采用分块划分的方式以得到尽可能多的高质量六面体网格。依据人体生物力学特性及人体节段质量数据,利用ABAQUS软件对人体各部分赋予相应的材料属性、定义装配。落座仿真结果与人的体重密切相关,因此对影响人体压力分布结果的体节质量进行了验证。基于简易座椅对模型装配后进行人-椅界面压力仿真,并开展验证试验。在验证中,作为承载人体有限元模型压力的座椅模型,其准确性对仿真结果的准确性影响重大。为了减少座椅模型精度带来的误差,本文选取简易座椅进行验证试验,并对其海绵材料建立了本构模型。由于海绵材料具有非线性、高回弹性、应力迟滞等力学特性,为了更好地描述其在受力与变形过程中的行为,在ABAQUS软件中采用Hyperfoam本构模型与Mullins效应对其进行定义。根据现行试验标准,对海绵材料进行了密度试验、单向压缩试验等,以准确获取本构模型所需的参数。通过对比仿真结果与试验结果验证了该人体模型用于体压分布计算的准确性。为了确保体压分布仿真计算过程中人体落座位置和姿态的准确性,开展了胯点位置和人体姿态统计实验。实验统计了在不同汽车布置参数时,驾驶员以舒适姿态落座后其胯点位置坐标及其相对于座椅H点的偏移量规律,并基于实验数据建立了胯点坐标偏移量的预测模型。同时,对定义姿态线的关键点及姿态参数进行计算,分析了姿态参数与车辆布置参数间的关联性。通过上述规律及数据分析,得到舒适落座姿态预测模型。最后,分析了测得的体压分布与实验参数的关联;对体压分布进行了分区计算,将分区处理后的压力分布参数与座椅设计参数、人体姿态参数进行分析,得到压力分布参数与座椅设计参数间的相关性结论,得出了姿态对压力分布参数的影响规律。

关键词：人体生物力学建模体压分布海绵发泡本构模型胯点位置姿态预测

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