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原文传递人体生物力学精细建模及体压分布评价研究

论文题名：	人体生物力学精细建模及体压分布评价研究
关键词：	汽车座椅;结构设计;舒适性评价;人体生物力学模型;体压分布
摘要：	随着汽车行业的发展和消费者需求的变化，乘坐舒适性越来越受到关注，如何评估座椅舒适性也变得愈发重要。传统座椅开发流程中，对座椅舒适性的评价通常只能在样椅制作完成后进行，时间成本较高。因此，研究如何在早期设计阶段通过仿真方法对座椅舒适性进行评估和改进具有重要意义。为了获得更准确的体压分布仿真结果，本文进行了中国人体精细有限元模型的建立和座椅材料建模的研究，并通过主客观实验建立了基于体压分布评价指标的舒适性评价模型，旨在通过仿真结果和评价模型，实现在座椅设计阶段就能预测主观舒适性。　　首先基于最新的第 95百分位中国男性人体尺寸建立了由骨骼、皮肤、软组织、胸腹腔等四部分组成的人体生物力学模型。为提高计算稳定性和准确性，在HyperMesh 中对人体软组织采取了分块划分的方式建立有限元网格，以尽量获得较多比例的质量较好的六面体网格；根据人体生物力学特性，为人体各组织赋予了相应的材料属性，并在 ABAQUS中完成了模型装配；验证了人体模型各体段质量分布的合理性，并进行了人-椅界面压力分布仿真，通过仿真结果与试验结果的对比，验证了人体模型的准确性。　　对于人-椅间体压分布仿真系统来说，座椅建模的准确性也至关重要，因此对座椅的主要组成部分——海绵发泡和蒙皮的材料本构进行了建模研究。对于海绵发泡材料的非线性、高回弹性、应力迟滞等力学特性，选取了 Hyperfoam 本构模型与Mullins效应对其进行描述；对于PVC涂层蒙皮复合材料的经纬向不同的力学特性，选用了正交异性线弹性本构模型。根据相关试验标准，对海绵发泡试样和蒙皮试样进行了一系列材料特性试验，以获取本构模型的相关参数。同时，基于海绵发泡材料曲线的特征，提出了在已有材料曲线库的基础上，通过曲线缩放建立不同硬度海绵材料的方法。　　最后，开展了静态座椅舒适性主客观评价实验以建立舒适性评价模型。其中，在主观评价实验中进行了评价量表的设计，实验收集了被试者对肩部、中背、腰部、臀部和大腿的支撑感评分及舒适度评分，通过熵值法进行各部位权重系数的赋予，计算了加权主观评分，并对其进行了评价标准的校正，将校正后的主观评分作为评价模型的因变量；在客观实验中测量了被试者的体压分布，计算了各分区的体压分布评价指标，随后对各评价指标进行了相关性分析，筛选出合适的变量作为评价模型的自变量。最后通过多元线性回归分析建立了舒适性评价模型，模型调整 R2为0.589，将模型预测结果与测试集中的实际结果进行了对比，得出预测准确率较高，在实际应用时，结合仿真获得的体压分布数据便可实现在座椅设计早期进行舒适性的预测。
作者：	戚诗敏
专业：	车辆工程
导师：	任金东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023