铁道车辆人椅界面数字化设计及其乘坐舒适性仿真

论文摘要

追求高品质的乘坐舒适性是铁路客运发展的必然需求。采用先进的理论分析模型和计算机仿真技术,研究铁道客车的乘坐舒适性是保证列车运行品质的关键环节。然而,目前就铁道客车的静态乘坐舒适性研究,尚缺乏考虑人体特征差异的坐姿舒适性定量分析方法和评价模型。另外,列车座椅外形结构设计和车厢座椅布置等问题也没有得到有效地解决。为此,本文在CAD软件平台下支持下,对以上问题开展深入研究,具体内容如下：为了满足不同百分位坐姿人体-座椅几何匹配的需要,采用几何建模和特征建模技术,建立了外形逼真且尺寸较为精确的三维坐姿人体模型。在此基础上,通过CAD二次开发和尺寸驱动技术实现了不同人体百分位、不同性别三维坐姿人体模型的参数化建模。为了进行坐姿人体-座椅几何匹配及舒适性的评价,提出并实现了一种基于程序驱动的实现“人-椅”三维CAD模型的自适应匹配方法。在该方法的支持下,可进行坐姿人体-座椅三维CAD模型的自动匹配和人体坐姿关节角度的自动提取。在此基础上,提出一种基于灰色综合评价分析方法的列车座椅几何舒适性的分析评价理论模型,运用该评价模型可定量分析比较不同列车座椅的几何舒适性。根据人体脊柱腰曲弧线及人体生理学舒适度原理,对人体尺寸与座椅结构尺寸建立有机联系,实现一种新型列车座椅的参数化设计。应用人机工程学原理开展了列车座椅布置方法与原则的研究,根据客车乘客区尺寸及客车结构安全要求,设计了列车座椅布置数学模型及布置流程。在此基础上,在三维CAD环境下开发软件实现了列车座椅的参数化智能布置。在以上工作的基础上,基于SolidWorks API开发了一套列车座椅舒适性仿真分析软件。在该软件构造的虚拟环境下,能完成三维坐姿人体参数化建模、列车座椅几何舒适性分析、列车座椅参数化设计以及座椅智能布置等工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车辆座椅静态舒适性研究现状
• 1.2.1 汽车座椅静态舒适性研究现状
• 1.2.2 列车座椅静态舒适性研究现状
• 1.3 人机工程学概述
• 1.3.1 人机工程学简介
• 1.3.2 人机工程学在列车座椅舒适性仿真分析方面的应用
• 1.4 数字化设计概述
• 1.4.1 数字化设计简介
• 1.4.2 数字化设计涵盖内容
• 1.4.3 数字化设计在列车座椅舒适性仿真分析中需解决的问题
• 1.5 目前存在的问题和研究意义
• 1.6 论文的主要研究内容
• 第二章 基于尺寸驱动的三维坐姿人体模型参数化建模
• 2.1 引言
• 2.2 人体模型的概述
• 2.2.1 人体模型概述
• 2.2.2 国内外人体模型研究现状
• 2.3 尺寸驱动概述
• 2.3.1 尺寸驱动原理
• 2.3.2 基于尺寸驱动的人机工程设计的优点
• 2.4 人体测量尺寸
• 2.4.1 人体测量数据的统计特征
• 2.4.2 我国人体测量尺寸数据及其补充估算
• 2.5 三维坐姿人体模型建模方案
• 2.5.1 基于原型模型的三维坐姿人体参数化建模原理
• 2.5.2 三维坐姿人体模板结构划分
• 2.5.3 三维坐姿人体模型参数化建模实例
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于三维人体模型的列车座椅几何舒适性分析
• 3.1 引言
• 3.2 列车座椅几何舒适性分析基本方案
• 3.3 列车座椅几何舒适性评价模型
• 3.3.1 灰色综合评价法
• 3.3.2 列车座椅几何舒适性灰色关联度综合评价模型
• 3.4 列车座椅几何舒适性分析实例
• 3.4.1 人—椅模型间"虚拟乘坐"的实现
• 3.4.2 实例分析结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 考虑坐姿生理舒适度的列车座椅参数化优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 坐姿生理学分析
• 4.2.1 脊柱结构及功能
• 4.2.2 脊柱腰曲弧线
• 4.3 列车座椅参数化优化设计方案
• 4.3.1 列车座椅结构分析
• 4.3.2 列车座椅设计原则
• 4.3.3 列车座椅参数化优化设计方案
• 4.3.4 列车座椅静态参数的确定
• 4.4 列车座椅主要尺寸与人体尺寸关系的建立
• 4.4.1 列车座椅主要尺寸与人体尺寸关系的建立原理
• 4.4.2 确定尺寸修正量
• 4.4.3 尺寸关系
• 4.5 列车座椅参数化设计实例
• 4.5.1 用于座椅参数化设计的人体测量尺寸程序内定义
• 4.5.2 列车座椅控制点三维坐标值计算实例
• 4.5.3 座椅CAD模型参数化建模
• 4.6 本章小结
• 第五章 列车座椅智能布置研究
• 5.1 引言
• 5.2 列车座椅布置的原则及待解决问题
• 5.2.1 列车座椅布置的人机工程学原则
• 5.2.2 列车座椅智能布置设计亟待解决的问题
• 5.3 列车座椅参数化布置设计方案
• 5.3.1 用于座椅智能布置的列车车厢型号及座椅的选取
• 5.3.2 列车座椅智能布置数学模型的确定
• 5.3.3 列车座椅智能布置设计流程
• 5.4 列车座椅智能布置实例
• 5.4.1 YZ25G型硬座列车车厢及车内设施数字化建模
• 5.4.2 列车座椅智能布置及总装实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 列车座椅几何舒适性仿真分析软件开发
• 6.1 引言
• 6.2 基于SolidWorks的列车座椅几何舒适性分析软件设计方案
• 6.2.1 人机系统概述
• 6.2.2 SolidWorks API简介
• 6.2.3 基于SolidWorks列车座椅几何舒适性分析软件设计方案
• 6.3 软件主要功能及特点
• 6.3.1 软件欢迎界面功能及特点
• 6.3.2 三维坐姿人体参数化建模模块功能及特点
• 6.3.3 列车座椅几何舒适性分析模块功能及特点
• 6.3.4 座椅参数化优化设计模块功能及特点
• 6.3.5 列车座椅智能布置模块功能及特点
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果