【摘要】：體壓分布屬于靜態(tài)舒適性范疇,體壓分布水平是衡量座椅舒適性的重要指標,應當在座椅舒適性設計中加以考慮。目前座椅生產(chǎn)商進行座椅舒適性設計時,往往前期依靠主觀經(jīng)驗進行型面設計,后期通過體壓分布試驗及主觀評價試驗結(jié)果再修改,這種傳統(tǒng)設計思路無疑會造成設計上的迭代,大大延長開發(fā)時間。因此,本文針對目前研究不足,探索一種快速獲得具有理想壓力分布座椅型面的座椅舒適性正向設計方法。本文主要設計流程是:首先根據(jù)GB/T 10000-88中國成年人人體尺寸參數(shù)建立駕駛姿態(tài)人體模型,基于SAE理想壓力分布構建理想壓力分布矩陣,將理想壓力施加于所建立人體模型體表對應區(qū)域,進行人體變形仿真,在理想壓力的作用下人體體表產(chǎn)生變形,變形輪廓即人體落座之后體表輪廓�；诰郯滨ヅ菽牧显囼瀰�(shù)進行海綿變形規(guī)律計算,建立體表不同區(qū)域變形量-厚度-壓強三者之間關系數(shù)學模型,確定不同壓強和厚度下聚氨酯泡沫變形量。以落座后人體體表輪廓為初始位置,此位置同時為座椅壓陷型面,將不同壓強及厚度下聚氨酯泡沫變形量補償于座椅壓陷型面表面,得到落座前座椅表面理想關鍵接觸區(qū)域形狀,根據(jù)所求得理想關鍵接觸區(qū)域點云逆向設計落座前理想座椅海綿外形。對所設計理想座椅海綿型面進行舒適性驗證,將50百分位人體模型與座椅裝配,模擬人體乘坐時真實落座姿態(tài),根據(jù)座椅體壓分布仿真結(jié)果驗證所設計座椅型面有效性。為了完成人體模型建模工作,前期對人體組織材料模型進行研究,從解剖學結(jié)構和材料力學性能兩方面展開對皮膚、骨骼和肌肉材料的特性描述,通過國內(nèi)外大量人體試驗數(shù)據(jù)進行材料曲線評估,比較不同本構模型間差異,選取人體組織材料本構模型。為了完成座椅海綿發(fā)泡材料模型建立工作,針對座椅海綿發(fā)泡高回彈性、非線彈性、粘彈性、應力松弛及依賴應變率等力學性能特性選取本構模型,設計海綿發(fā)泡壓縮及剪切試驗特性確定其中參數(shù),采用仿真手段驗證結(jié)果準確性。本文重點研究了汽車座椅舒適性正向設計方法,將反求座椅的壓力分布與理想壓力分布對比驗證結(jié)果可靠性,根據(jù)仿真驗證結(jié)果探索海綿發(fā)泡的變形規(guī)律,從不同斷面對型面設計、角度、不同壓力梯度水平、海綿硬度、應力等影響因素進行分析,仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比于平面座椅,曲面座椅擁有更大的接觸面積與貼合度,明顯降低峰值壓強,因此舒適性較高。建立于汽車座椅舒適性分析基礎上,進一步將正向設計方法推廣應用于輪椅座墊及電動自行車鞍座,結(jié)果顯示坐具均有較好的壓力分布水平,驗證了面向理想壓力分布的座椅舒適性正向設計方法的通用性。
【圖文】：

典型的皮膚組織單向和雙向拉伸試驗下的應力應變關系如圖2.1 所示[32]。膠原纖維和彈性纖維可以分別認為是線彈性的，，但由于結(jié)構的不均勻性，皮膚的應力應變關系是非線性的，可以將該曲線大致分為三個階段。在第一階段中，由于膠原纖維的網(wǎng)狀結(jié)構，其纖維方向所受拉力較小，主要受拉對象為彈性纖維，曲線彈性模量較小，十分平緩，由彈性纖維的拉伸積累所造成。第二個階段隨著拉伸的繼續(xù)，膠原纖維逐漸受力變直，皮膚組織逐漸變硬，應力幾乎隨著應變線性增加，由于膠原纖維的拉伸和滑移，該區(qū)域呈現(xiàn)較好的線性行為。第三個階段為屈服破壞區(qū)域，應變逐漸增大，應力增長很小，膠原纖維內(nèi)部出現(xiàn)屈服破壞。圖 2.1 皮膚應力應變曲線各向異性：皮膚是一種在自然張力作用下的各向異性材料。在結(jié)構上，皮膚的自然紋路循著真皮纖維的方向存在天然的張力線，稱為預應力線（蘭格氏線），預應力線遍布全身，而皮膚力學性能上的各向異性也遵循相同的方向。由于沿著預應力線上的彈性蛋白和膠原纖維比其他方向的線條上拉伸得更多，所以皮膚在這些線條方向上的延展性更低而硬度更高。但在較高的應變下，應力-應變曲線線性區(qū)域的斜率在各

圖 3.1 典型軟質(zhì)聚氨酯泡沫壓縮加載-卸載曲泡沫力學行為，仿真時本構模型選取需能準確BAQUS 中 Hyperfoam 超彈性泡沫本構模型能夠擬的材料特征表現(xiàn)為材料各向同性、材料非線積受力變化大的多孔固體，能夠描述彈性體泡縮情況下大應變彈性變形。Hyperfoam 本構模( ( )21 2 312 1 3 i ii i iNeliii iU J = = 數(shù)，i ，i 和i 為依賴溫度的材料常數(shù)，i 為thJ 定義如下：( )131 2 3 th eli i J J = → = ·········
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS665.4

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本文編號：2703508