基于人體腰椎有限元分析的乘坐舒適性研究.pdf

1、動(dòng)車組座椅是動(dòng)車組的重要組成部分，它直接關(guān)系到乘員乘坐的舒適性。脊柱能在振動(dòng)環(huán)境中吸收外界傳給人體的振動(dòng)，同時(shí)不正確的坐姿使脊柱偏離正常的生理位置時(shí)，會產(chǎn)生生理上的疼痛及心理上的疲勞，長時(shí)間的不正確坐姿甚至?xí)辜怪a(chǎn)生慢性病變。因此，通過有現(xiàn)行的限元方法借助脊柱生物力學(xué)知識研究乘坐舒適性就顯得尤為重要。
　　本文首先基于螺旋CT數(shù)據(jù)，采用Mimics技術(shù)提取腰椎L3～L5節(jié)段骨性模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，應(yīng)用逆向工程原理通過Imagewar

2、e擬合成人體椎骨曲面，在Pro/E中對曲面進(jìn)行實(shí)體化處理得到腰椎L3～L5節(jié)段三維實(shí)體模型。精確實(shí)體模型的形成，提高了分析結(jié)果的可靠性和有效性。
　　然后，通過Pro/E與ANSYS的接口將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS中，生成椎間盤和周圍韌帶組織，對模型材料屬性設(shè)定后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到了腰椎L3～L5節(jié)段有限元模型。在此基礎(chǔ)上模擬了人體乘坐時(shí)的典型坐姿，分析比較了各坐姿下應(yīng)力分布情況，據(jù)此為座椅靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　最后，

3、對腰椎L3～L4、L4～L5單運(yùn)動(dòng)節(jié)段及L3～L5多運(yùn)動(dòng)節(jié)段進(jìn)行了模態(tài)分析，分別提取了前二十二階模態(tài)振型和頻率，找到了單運(yùn)動(dòng)節(jié)段與多運(yùn)動(dòng)節(jié)段在固有頻率上的區(qū)別，也為動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析奠定了基礎(chǔ)。通過諧響應(yīng)分析模擬外界簡諧激勵(lì)對腰椎節(jié)段的影響，為座椅的動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)提供了參考意見。
　　本文以生物力學(xué)及有限元理論為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代的CT與逆向工程技術(shù)，為座椅的舒適性設(shè)計(jì)提出了一些新的思路。研究結(jié)果對于提高我國動(dòng)車組座椅的設(shè)計(jì)水平具有重要的意