本文選題：人機工程學 + 有限元分析��； 參考：《東北大學》2013年碩士論文

【摘要】：近年來隨著汽車越來越大眾化,車輛舒適性和乘員的健康問題逐漸引起了人們的重視。由于發(fā)動機振動和路面不平度等因素,汽車乘員會暴露在振動環(huán)境中。研究表明駕駛員中有要痛癥狀的占60%左右,要明顯高于非駕駛人員。為了研究汽車振動環(huán)境和人體腰椎病癥之間的關系,有必要提取人體腰椎部分進行生物力學分析。本文通過建立人體T12-Pelvis三維有限元模型結合生物力學的知識,對處在車輛振動環(huán)境中人體腰椎進行靜動態(tài)特性分析,以此來獲得人體脊椎在靜力學和振動環(huán)境下的損傷機理。首先,通過CT掃描、Mimics、Ansys等軟件建立完整的T12-Pelvis三位有限元模型,對該模型每一節(jié)段和整體分別進行靜力加載,將結果同國內外文獻對比,驗證了模型的有效性。其次,運用Workbench靜力學分析模塊模擬T12-Pelvis有限元模型中T12-L1節(jié)段和整體模型在直立、前俯、單向側彎、軸向扭轉四種坐姿下的靜力學環(huán)境,提取出T12-Pelvis的位移、應力等靜力學仿真結果,分析結果得出人體腰椎承受靜力載荷的結構和容易受損的部位,總結出人體腰椎承受靜力時的損傷機理。再次,利用Workbench中動態(tài)分析模塊對T12-Pelvis有限元模型整體進行模態(tài)分析,分析模型的固有頻率和振型可知第三階模態(tài)對人體影響最大。改變人體上半身重心的坐標后的模態(tài)分析,結果表明重心的改變會導致固有頻率提高,重心后移會減小共振位移,前移會增大共振位移。最后,在模態(tài)分析的基礎上,以路面不平度功率譜作為輸入激勵,對乘員T12-Pelvis有限元模型整體進行隨機振動分析,得到在路面隨機振動下的敏感頻率范圍為8-9Hz,并通過位移和應力的響應分析T12-Pelvis模型的動態(tài)特性,研究結果為車輛環(huán)境下人體脊椎的保護提供參考。
[Abstract]:In recent years, with the increasing popularity of automobiles, vehicle comfort and occupants' health problems have gradually attracted people's attention. Car occupants will be exposed to vibration due to engine vibration and road roughness. The study showed that 60% of drivers had symptoms of pain, which was significantly higher than that of non-drivers. In order to study the relationship between vehicle vibration environment and lumbar disease, it is necessary to extract the part of human lumbar spine for biomechanical analysis. In this paper, the three-dimensional finite element model of human body T12-Pelvis combined with the knowledge of biomechanics is established to analyze the static and dynamic characteristics of lumbar vertebrae in vehicle vibration environment, so as to obtain the damage mechanism of human spine under static and vibration conditions. Firstly, a complete T12-Pelvis three-bit finite element model is established by means of CT scanning software such as Mimics / Ansys. The static loading of each segment and whole of the model is carried out, and the results are compared with the domestic and foreign literatures, and the validity of the model is verified. Secondly, Workbench statics analysis module is used to simulate the static environment of T12-L1 segment and integral model in T12-Pelvis finite element model under four sitting positions: vertical, forward bent, unidirectional lateral bending and axial torsion, and the displacement and stress of T12-Pelvis are extracted from the static simulation results. The results show that the structure of human lumbar vertebrae is subjected to static load and the easily damaged part, and the mechanism of human lumbar vertebrae being subjected to static load is summarized. Thirdly, the modal analysis of T12-Pelvis finite element model is carried out by using the dynamic analysis module in Workbench. The analysis of the natural frequency and mode shape of the model shows that the third mode has the greatest influence on the human body. The modal analysis results show that the change of the center of gravity will lead to the increase of the natural frequency, the backward shift of the center of gravity will decrease the resonant displacement, and the forward shift will increase the resonant displacement. Finally, on the basis of modal analysis, the random vibration analysis of the T12-Pelvis finite element model is carried out by taking the road roughness power spectrum as the input excitation. The sensitive frequency ranges from 8 to 9 Hz under random vibration of road surface. The dynamic characteristics of T12-Pelvis model are analyzed by the response of displacement and stress. The results provide a reference for the protection of human spine in vehicle environment.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R642;R318.01

【相似文獻】

相關期刊論文 前3條

1 汪芳子,戴詩亮,由廣興,吳桂榮,張云然,姬春亮;家狗隨機振動響應及非線性特性的試驗研究[J];航天醫(yī)學與醫(yī)學工程;1990年04期

2 戴詩亮，汪芳子，崔健，由廣興;猴體振動特性的實驗研究[J];生物醫(yī)學工程學雜志;1996年03期

3 ;[J];;年期

相關會議論文 前10條

1 趙巖;張有為;林家浩;;軌道不平度激勵下高速列車車體隨機振動問題研究[A];第四屆全國動力學與控制青年學者研討會論文摘要集[C];2010年

2 農紹寧;田光明;趙懷耘;;多維基礎激勵下結構隨機振動響應分析[A];第十屆全國振動理論及應用學術會議論文集（2011）上冊[C];2011年

3 王森;張登材;;機載天線陣動力學及其隨機振動疲勞分析[A];第16屆全國疲勞與斷裂學術會議會議程序冊[C];2012年

4 鄭兆昌;;隨機振動矩陣直接譜分析法[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文摘要集[C];2007年

5 趙巖;唐光武;許紅;;大跨度橋梁復合隨機振動研究[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文摘要集[C];2007年

6 魯麗;楊翊仁;;充液殼體運輸過程中的隨機振動和瞬態(tài)分析[A];四川省振動工程學會2002年學術會議論文集[C];2002年

7 蘇成;徐瑞;;非平穩(wěn)激勵下結構隨機振動與動力可靠度時域數值模擬解法[A];中國計算力學大會'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計算力學學術會議（SCCM8）論文集[C];2010年

8 蔣瑜;王得志;陳循;陶俊勇;;一種新的非高斯隨機振動數值模擬方法[A];第十屆全國振動理論及應用學術會議論文集（2011）上冊[C];2011年

9 胡太彬;;隨機振動載荷作用下航天器產品的失效模型研究[A];技術融合創(chuàng)新·可靠服務企業(yè)·安全產品制勝——2013年全國機械行業(yè)可靠性技術學術交流會暨第四屆可靠性工程分會第五次全體委員大會論文集[C];2013年

10 胡磊;王軻;;某整流罩支架隨機振動疲勞壽命分析[A];第十屆全國振動理論及應用學術會議論文集（2011）上冊[C];2011年

相關博士學位論文 前6條

1 徐文濤;車輛與道路/橋梁耦合隨機動力分析及優(yōu)化[D];大連理工大學;2010年

2 蔣瑜;頻譜可控的超高斯隨機振動環(huán)境模擬技術及其應用研究[D];國防科學技術大學;2005年

3 晉智斌;車—線—橋耦合系統(tǒng)及車—橋隨機振動[D];西南交通大學;2007年

4 廖俊;基于正交分解的隨機振動響應分析與隨機載荷識別研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

5 葉凌云;多軸向多激勵隨機振動高精度控制研究[D];浙江大學;2006年

6 戴新進;復合材料結構隨機振動的虛擬激勵法及在航空航天領域的應用[D];大連理工大學;2007年

相關碩士學位論文 前10條

1 黃曉婷;多軸隨機振動頻域疲勞方法的研究與應用[D];西南交通大學;2015年

2 徐杰;動車組轉向架懸掛件隨機振動疲勞壽命預測[D];西南交通大學;2015年

3 韓妍松;C_(80B)型車隨機振動精細分析模型研究[D];大連交通大學;2015年

4 張賢祿;汽車乘員腰椎的隨機振動響應特性分析[D];東北大學;2013年

5 王鳳陽;基于虛擬激勵的隨機振動靈敏度分析及其應用[D];大連理工大學;2010年

6 劉洋;基于隨機振動理論的故障診斷算法及其工程應用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

7 張雷;多自由度隨機振動系統(tǒng)的首次穿越問題[D];上海交通大學;2013年

8 李玉珍;磁場中通入非平穩(wěn)電流矩形薄板的隨機振動[D];燕山大學;2013年

9 張子標;隨機振動多點控制算法研究與虛擬振動試驗系統(tǒng)開發(fā)[D];華中科技大學;2014年

10 張婷;隨機振動下高層鋼—混凝土結構地震響應分析[D];安徽理工大學;2015年

，

本文編號：1867267