基于CATIA的轿车座椅参数化设计及结构安全性分析

论文摘要

本文应用人机工程学以及人体生理学的理论方法,结合参数化设计思想,通过对CATIAV5R19的二次开发,设计了基于人体尺寸驱动的轿车座椅参数化建模系统。该系统包括：数据库尺寸查询模块、人体建模模块、模型关节自由度调节模块以及轿车参数化座椅建模模块。首先,本文参考GB10000-88中的人群数据,在Access2003中建立了人体尺寸数据库,并通过Visual Basic6.0软件建立与Access2003之间的通信,完成了对人体尺寸数据库的访问和查询,实现了查询过程的简单化以及查询结果的可视化；其次,通过Visual Basic6.0软件对CATIA V5R19的人体建模及人体模型姿态编辑模块进行了二次开发,设计了人体建模模块及关节自由度调节模块,实现了人体模型的快速建模,以及模型各关节自由度的灵活调节,提高了建模的效率,简化了调节过程；最后,通过对人体生理特性、坐姿舒适性以及轿车座椅尺寸的分析和优化,确定了舒适的驾驶坐姿和驾驶座椅的结构尺寸,通过对人体尺寸与座椅尺寸关系合理性及舒适性的分析,构建了人体尺寸与轿车座椅尺寸之间的函数关系,并通过对人体尺寸的调用,以参数化理论中尺寸驱动的方法,确定了座椅建模的参数值,实现了轿车座椅的参数化建模,缩短了建模周期。另外,结合上述座椅参数化建模的结果,在CATIA V5R19中对座椅骨架进行建模仿真,并按照国家标准中制定的静强度分析要求,在HyperMesh9.0中对其结构进行静强度分析。通过分析可知,座椅骨架结构能够满足静强度要求,保证了座椅结构的安全性。通过对轿车座椅参数化建模系统的开发,实现了座椅的快速建模,提高了建模效率和质量,缩短了建模周期,为座椅建模提供了一种高效的手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究内容
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 论文结构
• 第二章 参数化设计理论及方法
• 2.1 参数化技术
• 2.1.1 参数化理论简介
• 2.1.2 参数化技术的特点
• 2.2 参数化技术实现方法
• 2.2.1 直接式参数化方法
• 2.2.2 非直接式参数化方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 人体尺寸数据库的创建与查询
• 3.1 建立人体数据库
• 3.1.1 Access简介
• 3.1.2 数据说明
• 3.2 人体数据库查询
• 3.2.1 VB简介
• 3.2.2 查询的实现
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于尺寸驱动的人体建模及姿态编辑
• 4.1 CATIA简介
• 4.2 CATIA二次开发
• 4.2.1 CATIA二次开发简介
• 4.2.2 CATIA Automation技术
• 4.2.3 CATIA人机模块介绍
• 4.3 人体模型尺寸驱动的实现
• 4.3.1 人体模型的参数
• 4.3.2 人体建模
• 4.3.3 人体模型尺寸变量的修改
• 4.3.4 人体模型关节自由度的修改
• 4.3.5 人体驾驶姿态分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 轿车座椅的参数化设计
• 5.1 座椅设计原则
• 5.2 坐姿舒适性分析
• 5.2.1 坐姿时坐骨受力情况
• 5.2.2 人体坐姿体压分布
• 5.2.3 坐姿与脊柱结构
• 5.2.4 座面与靠背夹角
• 5.3 座椅曲线的优化
• 5.3.1 数学模型
• 5.3.2 求解三次样条曲线
• 5.3.3 构造目标函数
• 5.3.4 优化结果
• 5.4 人体尺寸与座椅尺寸的函数关系
• 5.5 座椅参数化实现
• 5.5.1 座面建模
• 5.5.2 靠背建模
• 5.5.3 头枕建模
• 5.5.4 座椅边缘处理
• 5.6 本章小结
• 第六章 座椅骨架静强度分析
• 6.1 有限元简介
• 6.1.1 有限元法的发展
• 6.1.2 HyperMesh简介
• 6.2 座椅骨架的建模
• 6.2.1 模型简化原则
• 6.2.2 座椅有限元模型简化
• 6.3 有限元分析
• 6.3.1 骨架结构单元类型的选择
• 6.3.2 骨架材料及物理特性的定义
• 6.3.3 划分有限元网格
• 6.3.4 连接方式的简化
• 6.3.5 边界条件的确定
• 6.3.6 仿真分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录