人—自行車鞍座系統(tǒng)有限元分析與舒適性研究.pdf

1、自行車鞍座的舒適性對于騎乘者至關重要。改善鞍座舒適性是眾多自行車制造商提高自身產(chǎn)品競爭力的主要手段。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合起來進行有限元仿真分析，研究了鞍座不同安放、材料特性、結構特點以及人體騎行姿勢下的應力及接觸應力的分布規(guī)律，對人體舒適性的影響，并進行了模態(tài)分析，根據(jù)分析結果研究了影響騎行舒適性的因素。
　　 根據(jù)鞍座人機

2、工程學原理，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;而人體騎行姿勢包括休閑姿勢和運動員姿勢兩種。
　　 將人體視為非均彈性模量和非均質的連續(xù)體，并將其離散化處理，參照“中國成年人體尺寸標準”數(shù)據(jù)，以18～25歲女子95百分位尺寸為標準，利用PROE三維繪圖軟件建立具有16個生理環(huán)節(jié)的人體模型，并與鞍座三維模型進行裝配，然后導入ANSYS，建立有限元模型。

3、研究了鞍座位置、形狀、硬度以及騎行姿勢對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，人體所受接觸壓力比鞍座上傾時小得多，且均在鞍座許用強度之內;當改變鞍座形狀，其中間帶有凹槽時，會陰部位下陷，此時鞍座對人體會陰部的壓迫會大大降低;比較休閑姿勢和運動員姿勢下人體所受接觸壓力大小，可以發(fā)現(xiàn)，休閑姿勢可以很好的減小來自鞍座的接觸壓力。另外定量分析鞍座的材料物理特性對人體接觸壓力大小分布的影響時，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，人體接觸壓力也會變大，影響騎行舒適性。分析結果為鞍座設計提供了理論依據(jù)和指導思想。
　　 對人體與自行車鞍座耦合模型進行模態(tài)分析得出位移矢量圖和主振型，利用動力學響應理論研究影響騎行平順性的因素，分析路面激勵下人體與自行車鞍座耦合模型的固有頻率應避開各種路況的道路激勵頻率范圍，以消除共振象，避免產(chǎn)生劇烈的振動，防止給人體騎行帶來不適。進一步證明了人體與自行車鞍座耦合模型有限元分析的理論可行性，具有重要應用價