基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真

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1、2015年2月北京航空航天大学学报February2015第41卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol．41No.2http://bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI:10．13700/j．bh．1001-5965．2014．0122基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真1*12314李先学，丁立，王兴伟，魏仕华，周前祥，呼慧敏(1．北京航空航天大学生物与医学工程学院，北京100191;2．中国人民解放军空军航空医学研究所，北京100036;3．泰州职

2、业技术学院机电技术学院，泰州225300;4．中国标准化研究院，北京100088)摘要:鉴于飞行员对飞机座椅的舒适性要求越来越高，针对人与座椅之间的应力分布这个座椅舒适性评价指标，建立了包括骨盆在内的人-座椅坐垫有限元模型，对坐姿下人与坐垫的应力分布进行了仿真计算．通过比较1g重力环境下仿真和实验坐垫上应力分布，验证模型的有效性，在此基础上开展了不同过载下的仿真计算．分析可知仿真模型在坐应力分布和应力值大小方面与实验数据具有较高的一致性;不同过载下体内以及坐垫上应力最大值与施加的过载加速度直接呈线性关系．结果表明，建立的人-座椅坐垫有限元模型是有效的，可以用于评估不同坐垫

3、或不同过载环境下的舒适性．关键词:有限元;座椅;应力分布;过载加速度;工效学中图分类号:V219文献标识码:A文章编号:1001-5965(2015)02-0241-05民航客机飞行时遭遇湍流，会在瞬间被气流计算人与座椅接触面的应力分布，通过分析应力［1］抛起、摔落，该过程中过载能达到2．5g以上;分布以及应力大小来评价座椅的舒适性．不少文而战斗机在执行特殊任务时会产生高达9g的竖献利用有限元模型研究座椅的舒适性，但基本都直方向过载，这会对飞行员产生很严重的损害，研是针对汽车座椅以及办公座椅来进行，专门针对究显示，歼击机飞行员腰腿痛的发生率为31．5%，飞机座椅尤其是过载

4、下的舒适性仿真未见报道．［2］其中最常见的是腰肌劳损及腰椎间盘突出症．本文针对飞机座椅，建立了人-座椅有限元模座椅良好的舒适性能有利于保护飞行员减少损型，对飞机座椅的力学舒适性进行仿真，与实验数伤．长期以来，研究人员对座椅的舒适性进行了很据进行对比验证了模型的有效性，并研究了不同多理论与实验研究［3-9］，发现人椅界面的应力分过载下的应力分布情况，为座椅的舒适性设计提布是个很重要的指标，并提出了满足舒适性体压供参考依据．［10-12］分布的一般准则．1考虑骨盆的人-坐垫模型鉴于通过实验方法来评价座椅的舒适性费时、费力，利用有限元模型来评价座椅舒适性的方本文应用Mimics

5、和Ansys软件，基于CT数据［13-17］法得到了较快的发展．其一般做法是建立人获得了骨盆的有限元模型，并在Ansys中建立了人以及座椅的有限元模型，模拟坐在座椅上的姿势，体臀部、大腿以及坐垫模型，最终形成了包括骨盆、收稿日期:2014-03-14;录用日期:2014-06-24;网络出版时间:2014-09-0516:29网络出版地址:www．cnki．net/kcms/doi/10．13700/j．bh．1001-5965．2014．0122．html基金项目:国家自然科学基金资助项目(51175021);国家科技支撑计划资助项目(2014BAK01B05);中国标

6、准化研究院公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(282014Y-3353)作者简介:李先学(1988—)，男，山东济南人，博士生，li36101120@126．com*通讯作者:丁立(1971—)，男，云南永善人，副教授，ding1971316@buaa．edu．cn，主要研究方向为人体传热及人机工效．引用格式:李先学，丁立，王兴伟，等．基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真［J］．北京航空航天大学学报，2015，41(2):241-245．LiXX，DingL，WangXW，etal．Comfortevaluationforaircraftseatcushio

7、nbasedonfiniteelementmodel［J］．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(2):241-245(inChinese)．242北京航空航天大学学报2015年臀部、大腿、坐垫在内的人-座椅坐垫有限元模型．1．1骨盆的建模2坐姿下应力分布有限元计算为减少模型在Ansys中的计算量，在原有的2．1施加载荷骨盆三维模型(基于骨盆CT图像数据处理得到，通过在脊柱以及大腿上表面施加不同的压力包含37218个三角面片)基础上，通过M