人—自行車(chē)鞍座系統(tǒng)有限元分析與舒適性研究.pdf

1、自行車(chē)鞍座的舒適性對(duì)于騎乘者至關(guān)重要。改善鞍座舒適性是眾多自行車(chē)制造商提高自身產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的主要手段。研究表明，人體在舒適度不夠的鞍座上騎行，會(huì)影響其血液循環(huán)系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)，危害身體健康。本文首次將三維人體模型與鞍座耦合結(jié)合起來(lái)進(jìn)行有限元仿真分析，研究了鞍座不同安放、材料特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及人體騎行姿勢(shì)下的應(yīng)力及接觸應(yīng)力的分布規(guī)律，對(duì)人體舒適性的影響，并進(jìn)行了模態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果研究了影響騎行舒適性的因素。
　　 根據(jù)鞍座人機(jī)

2、工程學(xué)原理，提出影響騎行舒適性的因素主要為鞍座的物理特性和人體的騎行姿勢(shì)兩方面。其中鞍座物理特性主要包括鞍座的形狀、硬度、位置;而人體騎行姿勢(shì)包括休閑姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)員姿勢(shì)兩種。
　　 將人體視為非均彈性模量和非均質(zhì)的連續(xù)體，并將其離散化處理，參照“中國(guó)成年人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)據(jù)，以18～25歲女子95百分位尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，利用PROE三維繪圖軟件建立具有16個(gè)生理環(huán)節(jié)的人體模型，并與鞍座三維模型進(jìn)行裝配，然后導(dǎo)入ANSYS，建立有限元模型。

3、研究了鞍座位置、形狀、硬度以及騎行姿勢(shì)對(duì)人體接觸壓力的大小。發(fā)現(xiàn)同等條件下鞍座水平放置時(shí)，人體所受接觸壓力比鞍座上傾時(shí)小得多，且均在鞍座許用強(qiáng)度之內(nèi);當(dāng)改變鞍座形狀，其中間帶有凹槽時(shí)，會(huì)陰部位下陷，此時(shí)鞍座對(duì)人體會(huì)陰部的壓迫會(huì)大大降低;比較休閑姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)員姿勢(shì)下人體所受接觸壓力大小，可以發(fā)現(xiàn)，休閑姿勢(shì)可以很好的減小來(lái)自鞍座的接觸壓力。另外定量分析鞍座的材料物理特性對(duì)人體接觸壓力大小分布的影響時(shí)，人體接觸壓力隨著鞍座硬度變大而變大;并且同

4、等條件下彈簧剛度增大，人體接觸壓力也會(huì)變大，影響騎行舒適性。分析結(jié)果為鞍座設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)思想。
　　 對(duì)人體與自行車(chē)鞍座耦合模型進(jìn)行模態(tài)分析得出位移矢量圖和主振型，利用動(dòng)力學(xué)響應(yīng)理論研究影響騎行平順性的因素，分析路面激勵(lì)下人體與自行車(chē)鞍座耦合模型的固有頻率應(yīng)避開(kāi)各種路況的道路激勵(lì)頻率范圍，以消除共振象，避免產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，防止給人體騎行帶來(lái)不適。進(jìn)一步證明了人體與自行車(chē)鞍座耦合模型有限元分析的理論可行性，具有重要應(yīng)用價(jià)