本文關(guān)鍵詞：基于AnyBody的汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模及坐姿支撐設(shè)計

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【摘要】：下背痛和腰椎盤突出等疾病在職業(yè)駕駛員中有很高的發(fā)病率。駕駛員不良坐姿和不合理的腰部支撐是駕駛員職業(yè)性疾病產(chǎn)生的重要風(fēng)險因素。建立駕駛員坐姿生物力學(xué)模型和肌骨系統(tǒng)模型,有助于分析職業(yè)性疾病產(chǎn)生的力學(xué)原因,為座椅及駕駛室人機界面設(shè)計提供理論依據(jù),對駕駛員健康和職業(yè)病預(yù)防有重要意義。本文通過建立AnyBody Modeling System (AnyBody Technology A/S, Aalborg. Denmark)坐姿人體肌骨模型,對造成駕駛員骨骼肌肉疾病的力學(xué)以及相關(guān)因素進行分析,研究不良坐姿和不合理腰部支撐對駕駛員肌骨系統(tǒng)的影響,并提出設(shè)計改進方案。論文研究內(nèi)容主要包括以下4個方面：(1)建立駕駛員二維力學(xué)模型。根據(jù)駕駛員坐姿特點建立了剛體力學(xué)模型,并將駕駛員各關(guān)節(jié)簡化為鉸鏈結(jié)構(gòu)�？紤]到駕駛員各環(huán)段的相對質(zhì)量和長度分布以及全身受力情況,再根據(jù)牛頓第一、第三定律和力矩平衡,推導(dǎo)出了駕駛員在單點支撐條件下有無踏板力這兩種狀態(tài)下的腰部受力公式。比較兩種狀態(tài)下受力,可以看出右腳踩踏板時腰部受力將變大,L4／L5腰椎壓力也會變大。(2)基于AnyBody建立駕駛員肌骨模型。在AnyBody軟件建模原理的基礎(chǔ)上,基于AnyBody Modeling System (AMS)建立了駕駛員-駕駛室交互模型,定義了駕駛員-駕駛室交互模型的初始狀態(tài)。為了便于研究,本文根據(jù)駕駛特點對駕駛員肌骨模型進行了肌肉群的劃分,并對駕駛員肌骨模型進行了踩踏板動作的分析。結(jié)果表明,頻繁踩踏板會導(dǎo)致駕駛員腿部肌肉群、腹部肌肉群和腰部肌肉群的肌肉活動程度明顯升高。(3)分析了改變踏板與座椅的間距對駕駛員L4／L5腰椎受力和肌氧的影響。該部分研究了改變踏板和座椅的間距對人體腿部、背部和腹部肌肉疲勞的影響以及腰部受力的變化,主要選取了95cm、97cm、99cm、101cm和103cm五個距離。首先利用AnyBody建模軟件對改變踏板和座椅間距的條件下各肌肉的活動水平和L4／L5腰椎受力進行了仿真分析；其次,利用近紅外光譜血氧無損檢測儀(NIRS)測量了腿部、腰部和腹部肌肉含氧量,同時利用力傳感器測量L4／L5腰椎處的外部受力。結(jié)果表明,踏板和座椅間距的改變會改變駕駛員肌肉活動程度和腰椎力的大小,踏板和座椅合適的間距有利于駕駛員操縱舒適性和輕便性。研究結(jié)果為座椅基準點(R)的確定提供了參考。(4)提出骨盆腰椎連續(xù)支撐方法,并對座椅設(shè)計改進方案進行了實驗驗證。針對駕駛員不良駕駛姿勢以及座椅對腰部支撐不合理的問題,提出了骨盆腰椎連續(xù)支撐方法,并推導(dǎo)出了駕駛員在骨盆腰椎連續(xù)支撐條件下的腰部受力公式。該方法通過對駕駛員腰部以及骨盆腰椎連續(xù)支撐,有效降低背部肌肉活動水平,使腰部受力更均勻。通過仿真分析及實驗驗證了該概念的有效性。首先,在AnyBody建模軟件中,基于駕駛員-座椅模型,改變駕駛員的支撐條件,即單點支撐和骨盆腰椎連續(xù)支撐,對腓腸肌、股外側(cè)肌、腹直肌和豎脊肌的肌肉活動水平和肌肉力進行了仿真計算；其次,利用近紅外光譜血氧無損檢測儀對受試者在兩種支撐條件下的豎脊肌氧含量進行了實驗測量。結(jié)果表明,骨盆腰椎連續(xù)支撐方法可以有效降低肌肉活動水平,有效降低腰椎受力。
【關(guān)鍵詞】：力學(xué)模型 駕駛疲勞 骨盆腰椎支撐 AnyBody
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.836
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 駕駛員腰部職業(yè)性疾病影響因素研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文研究內(nèi)容19-21
• 第2章 汽車駕駛員坐姿受力特性分析21-27
• 2.1 駕駛員坐姿力學(xué)模型的建立21-24
• 2.1.1 駕駛員模型的簡化21-22
• 2.1.2 駕駛員各環(huán)節(jié)相對質(zhì)量的分布22-24
• 2.1.3 駕駛員坐姿狀態(tài)下受力定義24
• 2.2 腰部單點支撐模型的建立24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于AnyBody的汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模27-37
• 3.1 AnyBody建模原理27-30
• 3.1.1 AnyBody建模原理27-28
• 3.1.2 肌骨模型運動學(xué)分析28
• 3.1.3 肌肉建模方法28-30
• 3.1.4 肌肉活動程度分析30
• 3.2 基于AnyBody駕駛員-座椅模型的建立30-33
• 3.2.1 駕駛員模型30-31
• 3.2.2 環(huán)境模型31-32
• 3.2.3 人機交互模型32
• 3.2.4 肌肉群的劃分32-33
• 3.3 駕駛員坐姿模型的初始狀態(tài)定義33-34
• 3.4 頻繁踩踏板對駕駛員肌肉活性的影響34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-37
• 第4章 不同踏板與座椅間距下駕駛員腰部受力的狀況分析37-47
• 4.1 不同座椅與踏板間距下駕駛員肌肉活性分析37-39
• 4.2 不同座椅與踏板間距下駕駛員腰椎受力分析39-40
• 4.3 駕駛員腰部受力實驗40-42
• 4.4 肌氧測試42-45
• 4.4.1 實驗對象42
• 4.4.2 實驗儀器及過程42-44
• 4.4.3 實驗結(jié)果44-45
• 4.5 分析與討論45-46
• 4.6 本章小結(jié)46-47
• 第5章 骨盆腰椎連續(xù)支撐模型的建立及實驗分析47-57
• 5.1 骨盆腰椎連續(xù)支撐模型的建立47-49
• 5.2 仿真分析49-51
• 5.3 實驗分析51-53
• 5.3.1 腰部受力測量51-52
• 5.3.2 肌氧測量52-53
• 5.4 分析與討論53-55
• 5.5 本章小結(jié)55-57
• 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻59-65
• 攻讀碩士期間所獲成果65-67
• 致謝67-68
• 附件68

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1 賈曉紅;茆軍兵;王人成;蒲放;孫芳;;頭盔質(zhì)量和質(zhì)心對軍機飛行員頸部肌力的影響[J];醫(yī)用生物力學(xué);2012年04期

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1 呂國敏;基于AnyBody的汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模及坐姿支撐設(shè)計[D];山東大學(xué);2016年

2 張偉;病理性震顫的機制與輔助式抑震技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

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本文編號：740323