基于压力分布实验数据的产品人机接触曲面形态设计

为使产品与人体的接触面形态具有良好的人机工程学性能,通过测试接触压力分布数据进行映射计算,获得接触面曲面形态。利用压力分布测试仪测得产品与使用者的持续接触压力分布数据,在压力大小和接触面的非均匀有理B样条曲面模型的控制点坐标之间建立映射函数,设计了七种数据映射算法模型,将压力分布数据映射为不同的接触面形态。对比产品接触面形态的统计数据,进行了映射算法的误差分析,比较了各映射模型的造型能力和造型质量。为提高人机接触曲面的设计质量提供了理性化与高效的设计方法。     

汽车人椅系统振动特性与体压分布试验研究

结合实车振动舒适性试验与体压分布试验,研究了汽车行驶动态工况下人椅系统的振动特性与体压分布特性。采用加速度传感器测量了人体头部、背部、臀部及坐椅底板等部位的振动,试验表明人体承受靠背纵向、坐垫垂向的振动较大;通过人椅系统传递特性分析,可知人体头部主要运动发生在XZ平面,且研究人椅系统振动舒适性时,除考虑坐垫振动外,靠背纵向、头部垂向振动不容忽略。采用电容式压力分布传感器Xsensor测量了人椅接触界面靠背、坐垫体压分布,人椅系统静态体压统计分析表明靠背、坐垫分别承载了人体17.67%,67.65%的质量;汽车行驶工况纵向压力中心坐标在持续坐姿下,靠背、坐垫分别向下、向前滑动,动态体压参数随车速的增加而增加,同时与加权加速度均方根值呈良好正相关,表明汽车行驶工况下动态体压参数能够综合反映人椅系统的振动舒适性。     

自行车鞍座人机耦合模型的有限元分析

为研究鞍座结构对人体舒适性的影响,考虑人体与鞍座的接触关系,基于Pro/E软件建立二者的三维模型,导入ANSYS中进行有限元仿真分析,得到了人与鞍座接触面上的压力分布、鞍座的变形、应力云图 结果表明:人体所受压力主要集中在臀部及会阴区,臀部软组织所受压力最大,减小人体的压力,可以改善骑行舒适性 研究结果为定量分析鞍座骑行舒适性提供了研究方法,为鞍座结构的优化设计提供了理论指导.     

汽车座椅体压分布变化规律和调节策略

汽车座椅的舒适性和智能化广受消费者关注，为给座椅的舒适性和智能化设计提供理论指导，研究了汽车座椅调节对体压分布影响规律并基于体压变化规律提出了一种改善舒适性的座椅调节策略。以座椅调节参数为因子，以人体与座椅接触面的压力特征参数为观测变量，设计了正交实验。利用方差分析——同时主成分分析方法(ANOVA-simultaneous component analysis, ASCA)对正交试验数据进行分析，得到了座椅调节对体压分布的影响规律。基于分析结果提出并验证了一种改善乘坐舒适性的座椅调节策略。研究发现：(1)座椅调节对体压分布有显著影响，其中靠背角度和滑轨位置相比座椅高度影响更大；(2)当靠背角度向后移动时，靠背压力变大且向四周移动，臀部压力变小；随着滑轨位置向后变化，座垫上的压力中心向臀部向腿部移动；(3)基于体压变化规律和理想体压分布提出的舒适性调节策略相比其他调节策略改善舒适性的效果更显著。     

变硬度组合式汽车座椅设计与舒适性分析

针对驾乘人员和汽车座椅之间接触压力分布不均匀的现象,设计了一种由不同硬度海绵材料制成的变硬度组合式汽车座椅,使汽车座椅海绵材料的力学特性适应体压分布的特点。利用压力传感器测量得到人体与汽车座椅之间的接触压力分布图像,并进行了仿真分析,对不同汽车座椅的试验数据进行平滑处理后进行对比分析。提出了理想压强差的概念,通过比较汽车座椅断面上的压力分布与理想体压分布曲线的贴合程度,实现对汽车座椅乘坐舒适性的定量分析。结果表明组合式汽车座椅可以在一定程度上提高乘坐舒适性。     

人体卧姿舒适性评价与分析

自行设计了新的床架支撑结构零件,旨在进一步提高床的舒适性。为分析床架设计的合理性,进行主观体验评测和客观实验分析。利用多体系统动力学原理构建了人体卧姿垂直振动模型,进行了人体低频振动实验,借鉴机械加速度阻抗等值的方式进行仿真,将人体卧姿状态近似为由质量块、弹簧和阻尼等机械元件组成的机械系统,在模拟环境下构建五质量块人体卧姿垂直振动模型并且针对人体局部敏感部位进行低频振动仿真分析。通过人体低频振动实验得出人体卧姿的传递函数曲线,通过仿真分析验证垂直振动模型,并结合人体卧姿舒适性问卷调查分析,综合实验结果表明,这种虚拟环境和实测环境相结合的评价方法为床的舒适性设计提供了帮助。     

基于体压分布的座椅舒适性建模及仿真

针对目前座椅舒适性客观评价方法的不足,选择某款商用车座椅,利用H点测量装置作为假人,以座椅设计角度为参考,建立体压仿真模型。参考理想体压分布规律,通过仿真结果对座椅舒适性进行初步评价,并从压力最大值、压力平均值、接触面积以及不同区域占重比4个客观评价指标进行实验验证。对于该座椅的主要接触区域,实验、仿真体压分布与理想体压分布规律接近,另外对于肩部、腰部及大腿区域的体压分布评价指标,实验数值与仿真结果接近,表明所建立的模型可准确反映HPM-座椅界面关键部位的体压分布特性。该建模方法可以为企业确定座椅舒适性客观评价指标的范围,对座椅的设计开发提供指导。     

基于多体动力学的摩托车平顺性分析

讨论了摩托车平顺性建模方法,指出应借助多体动力学软件建立能反映手把处和座位处振动的平顺性模型,总结了平顺性的评价方法。指出建立准确的二自由度人体振动假人模型在平顺性仿真中的必要性。利用正交优化法分析了悬架、坐垫参数对平顺性的影响,结果表明:坐垫参数对座位处振动影响最大,相比后悬架,前悬架参数对座位处和手把处振动的影响大,前悬架小刚度大阻尼对座位处振动有利,前悬架大刚度小阻尼对手把处振动有利。     

接触强度和诱导槽对泡沫铝锥管耐撞性分析

针对汽车前纵梁耐撞部件吸能盒结构形式,研究了功能密度梯度泡沫铝填充铝合金锥管在低速冲击下的耐撞性模型优化。通过对泡沫铝填充锥管的轴向低速压溃仿真分析,获得仿真变形状态、载荷及比吸能量对位移的曲线,并对比分析仿真和实验数据,证明仿真模型的有效性。以泡沫铝内核与锥管的接触强度为研究对象,研究其对泡沫铝填充锥管吸能性能的影响。最后提出基于强粘结接触模型的含有诱导槽的功能密度梯度泡沫铝填充模型,并研究其耐撞性。研究表明,具有诱导槽的强粘结泡沫铝填充锥管在碰撞中的峰值载荷更低,载荷变化更平稳,比吸能更大,是一种在汽车制造工程应用中可以考虑的新型吸能结构。     

基于能量优化的产品曲面人机设计

基于对产品人机接触面形态的概率和接触力学等特性的分析，提出了基于人体形态与产品曲面形态的相似性和人机接触压力的能量优化曲面形态设计方法。考虑载荷大小、接触压力分布状态、曲面材料特性设置、曲面光顺性等，拟订了人机曲面形态设计的能量函数与求解方法，并建立了基于能量优化的产品曲面人机设计过程模型，结合理论建模、实验数据分析和编程实践，建立了从实验数据到产品人机接触面形态的映射机制，以座椅曲面设计为实例实现了基于接触压力实验数据的能量优化设计方法，并对设计结果做了比较分析。     

预测铝合金单轴力学性能的复合型双锥压入法

锥形压入作为一种发展较早的压入测试手段,可在一定范围内实现材料单轴力学性能的唯一获取,但目前仍存在稳定性和简便性等方面的缺陷。为避免传统锥形压入需要两个或以上压头分别压入不同位置且压点之间存在匹配性等问题,创新地设计和使用了复合型双锥压头。基于能量等效原理建立了锥形压入的弹塑性加载模型,并通过较大范围的数值计算验证了该模型的准确性。通过关联复合型双锥压入与单锥压入的响应曲线,发展了一种复合型双锥压入方法（Composite dual-conical indentation method,CDIM）。针对3种铝合金,利用复合型压入试验获得了稳定的载荷-深度曲线,并结合CDIM预测了材料的单轴应力-应变曲线。结果表明,复合型压入预测结果与单轴拉伸结果较为一致。     

基于ANSYS Workbench的某柱塞泵结合面渗漏油故障分析

针对某柱塞泵结合面渗漏油问题,分析了影响结合面渗漏油的因素,应用ANSYS Workbench建立有限元模型进行非线性仿真分析,获得分油盖与壳体接触面的接触面压。结果表明,结合面受力不均匀,面压较低区域为故障泵渗漏油处。通过试验测得结合面的压力分布,其结果与仿真分析高度一致,从而证明了仿真分析的准确性。其方法可为后续结构优化提供指导,也可为类似产品故障诊断和正向设计提供参考和借鉴。     

助行器的控制系统设计

根据正常成年人体的第五十百分位数据,建立人体腿部的三维模型,并对模型进行动力学分析,通过分析得出模型关节力-位置参数,并以此参数作为输入数据,在软件MATLAB的Simulink模块中进行仿真,得出助行器各关节角度曲线。结果表明:助行器各关节角度仿真曲线与正常人行走时各关节的角度曲线大致重合。     

基于虚拟样机的外骨骼关节力矩驱动特性分析

针对需要与人体高度偕行的外骨骼,采用基于运动生物力学分析方法,对外骨骼进行运动仿真。对人体运动分析,采用连续体离散化-离散体连续化的思路。连续体离散化利用高速摄像机与光学动作捕捉系统测试人体关节在人体运动时的空间三维坐标。离散体连续化采用最小二乘法对测试数据进行拟合分析得到可以应用于外骨骼人体运动模型。建立外骨骼虚拟样机,将人体运动模型应用于外骨骼虚拟样机中仿真,得到运动时外骨骼各关节处受力曲线,分析关节力矩驱动特性,其中最大受力和力矩都在左膝关节处,分别为450 N和68 N·m,对外骨骼设计制造时材料选择、结构设计有着重要作用。     

基于Anybody的自行车骑行运动仿真与试验分析

以人体肌肉疲劳程度为评价标准,基于人体生理学、人机工程学和仿真试验技术,研究一种自行车结构参数设计的有效方法。以某自行车厂生产的一款公路自行车为例,在Anybody生物力学软件环境下建立人-车耦合系统模型;通过肌电信号试验及心肺功能测试,对人-车耦合系统模型进行了试验验证,确保仿真系统可靠;借助验证后的仿真系统进行了一系列仿真试验,以人体下肢肌肉受力为主要研究对象,分析了相同骑行速度、负载下鞍座位置与人体肌肉受力之间的映射关系。结果表明:对于同一骑行者,自行车鞍座位置对于其肌肉受力值的影响很大,即对其疲劳程度影响很大。分析方法与结果为自行车车架结构设计提供了依据,为自行车设计提供了新思路。     

基于理想压力的机车座椅优化设计与舒适度试验研究

为了提高某出口型电力机车司机座椅舒适性,结合人机工程仿真软件JACK、主观感知舒适度量表及压力坐垫对司机座椅人机系统进行分析,进而基于人体工程学的座椅靠背设计方法对座椅靠背形态进行优化,对优化后座椅靠背的人机匹配度进行了仿真分析和主客观试验验证,结果表明优化后的靠背设计方案比靠背原型的人机交互匹配度更高,且能对司机背部形成良好的支撑。最后利用MatlabLIBSVM工具箱建立舒适度预测模型对座椅舒适度进行预测分析,得到均方误差MSE=0.003 753 4、相关系数R=93.063 1%,该模型预测精度高,可大幅简化主观评价流程。该座椅靠背设计方法可为轨道交通装备司机座椅的舒适性设计提供理论参考和试验依据。     

基于双层次八叉树的STL模型体素化方法

为满足五轴加工仿真系统与CAD系统的模型数据交换需求,提供高效的复杂初始毛坯建模方式,提出一种面向STL模型的体素化方法。改进了传统的八叉树模型,采用外部层次树型和内部线性的双层次结构表达实体空间,并给出了该双层次八叉树模型的编码计算规则。以STL模型三角面片为体素化对象,通过编码规则建立三角面片和STL实体内部空间与体素节点的映射关系,实现表面和内部体素的快速定位。通过实例证明了算法能够保证生成体素模型的26-邻接性,实验结果表明,与传统的八叉树模型相比,该算法具有更好的时间和空间性能。     

基于人体运动仿真的自行车结构优化

为了使自行车具有良好的骑行性能、动力输出性能,自行车设计过程需要根据人体的身体特征对自行车结构进行优化.采用一种新颖的人机建模仿真软件——The Anybody Modeling System,建立了自行车-人体下肢耦合模型并进行动力学仿真,分析了自行车结构尺寸对人体骑行状态的影响,并对自行车结构的相关因素进行正交试验.针对特定人体尺寸,以人体骑行舒适性为客观评价指标.给出了自行车的结构优化参数.     

面向可重用的复杂产品设计知识表达与建模

建立了复杂产品设计知识的功能-行为-结构映射模型和组织模型,集成封装了功能信息和几何信息,设计了功能分解算法来获得结构方案并将方案存储于知识库中,提高了可重用设计中的知识表达与处理能力。该方法可快速响应设计需求,并已应用于叉车的大批量定制生产中。     

基于LabVIEW和SolidWorks的盘形凸轮轮廓线设计研究

以直动平底从动件盘形凸轮机构为例,根据选定的从动件运动规律,建立凸轮轮廓曲线的参数方程。在Lab VIEW软件环境中编写计算程序,输入相应的凸轮运动参数,运行程序并将计算凸轮轮廓曲线的结果显示在程序界面上,同时生成曲线坐标点的数据文件。将数据点坐标导入至Solid Works环境中,建立凸轮三维模型,并利用Solid Works Motion模块进行凸轮机构传动的运动仿真。运动仿真的结果表明从动件能够按照预期的运动规律运动,凸轮轮廓曲线的设计满足设计要求。与传统设计凸轮轮廓曲线方法相比,此设计方法能够大大提高计算精度与设计效率,并且具有操作简单高效,可定制性高,交互界面直观清晰等特点。