本文關(guān)鍵詞：基于AnyBody的汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模及坐姿支撐設(shè)計(jì)

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【摘要】：下背痛和腰椎盤突出等疾病在職業(yè)駕駛員中有很高的發(fā)病率。駕駛員不良坐姿和不合理的腰部支撐是駕駛員職業(yè)性疾病產(chǎn)生的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。建立駕駛員坐姿生物力學(xué)模型和肌骨系統(tǒng)模型,有助于分析職業(yè)性疾病產(chǎn)生的力學(xué)原因,為座椅及駕駛室人機(jī)界面設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),對(duì)駕駛員健康和職業(yè)病預(yù)防有重要意義。本文通過(guò)建立AnyBody Modeling System (AnyBody Technology A/S, Aalborg. Denmark)坐姿人體肌骨模型,對(duì)造成駕駛員骨骼肌肉疾病的力學(xué)以及相關(guān)因素進(jìn)行分析,研究不良坐姿和不合理腰部支撐對(duì)駕駛員肌骨系統(tǒng)的影響,并提出設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。論文研究?jī)?nèi)容主要包括以下4個(gè)方面：(1)建立駕駛員二維力學(xué)模型。根據(jù)駕駛員坐姿特點(diǎn)建立了剛體力學(xué)模型,并將駕駛員各關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化為鉸鏈結(jié)構(gòu)�？紤]到駕駛員各環(huán)段的相對(duì)質(zhì)量和長(zhǎng)度分布以及全身受力情況,再根據(jù)牛頓第一、第三定律和力矩平衡,推導(dǎo)出了駕駛員在單點(diǎn)支撐條件下有無(wú)踏板力這兩種狀態(tài)下的腰部受力公式。比較兩種狀態(tài)下受力,可以看出右腳踩踏板時(shí)腰部受力將變大,L4／L5腰椎壓力也會(huì)變大。(2)基于AnyBody建立駕駛員肌骨模型。在AnyBody軟件建模原理的基礎(chǔ)上,基于AnyBody Modeling System (AMS)建立了駕駛員-駕駛室交互模型,定義了駕駛員-駕駛室交互模型的初始狀態(tài)。為了便于研究,本文根據(jù)駕駛特點(diǎn)對(duì)駕駛員肌骨模型進(jìn)行了肌肉群的劃分,并對(duì)駕駛員肌骨模型進(jìn)行了踩踏板動(dòng)作的分析。結(jié)果表明,頻繁踩踏板會(huì)導(dǎo)致駕駛員腿部肌肉群、腹部肌肉群和腰部肌肉群的肌肉活動(dòng)程度明顯升高。(3)分析了改變踏板與座椅的間距對(duì)駕駛員L4／L5腰椎受力和肌氧的影響。該部分研究了改變踏板和座椅的間距對(duì)人體腿部、背部和腹部肌肉疲勞的影響以及腰部受力的變化,主要選取了95cm、97cm、99cm、101cm和103cm五個(gè)距離。首先利用AnyBody建模軟件對(duì)改變踏板和座椅間距的條件下各肌肉的活動(dòng)水平和L4／L5腰椎受力進(jìn)行了仿真分析；其次,利用近紅外光譜血氧無(wú)損檢測(cè)儀(NIRS)測(cè)量了腿部、腰部和腹部肌肉含氧量,同時(shí)利用力傳感器測(cè)量L4／L5腰椎處的外部受力。結(jié)果表明,踏板和座椅間距的改變會(huì)改變駕駛員肌肉活動(dòng)程度和腰椎力的大小,踏板和座椅合適的間距有利于駕駛員操縱舒適性和輕便性。研究結(jié)果為座椅基準(zhǔn)點(diǎn)(R)的確定提供了參考。(4)提出骨盆腰椎連續(xù)支撐方法,并對(duì)座椅設(shè)計(jì)改進(jìn)方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)駕駛員不良駕駛姿勢(shì)以及座椅對(duì)腰部支撐不合理的問(wèn)題,提出了骨盆腰椎連續(xù)支撐方法,并推導(dǎo)出了駕駛員在骨盆腰椎連續(xù)支撐條件下的腰部受力公式。該方法通過(guò)對(duì)駕駛員腰部以及骨盆腰椎連續(xù)支撐,有效降低背部肌肉活動(dòng)水平,使腰部受力更均勻。通過(guò)仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該概念的有效性。首先,在AnyBody建模軟件中,基于駕駛員-座椅模型,改變駕駛員的支撐條件,即單點(diǎn)支撐和骨盆腰椎連續(xù)支撐,對(duì)腓腸肌、股外側(cè)肌、腹直肌和豎脊肌的肌肉活動(dòng)水平和肌肉力進(jìn)行了仿真計(jì)算；其次,利用近紅外光譜血氧無(wú)損檢測(cè)儀對(duì)受試者在兩種支撐條件下的豎脊肌氧含量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。結(jié)果表明,骨盆腰椎連續(xù)支撐方法可以有效降低肌肉活動(dòng)水平,有效降低腰椎受力。
【關(guān)鍵詞】：力學(xué)模型 駕駛疲勞 骨盆腰椎支撐 AnyBody
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.836
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 駕駛員腰部職業(yè)性疾病影響因素研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 汽車駕駛員坐姿受力特性分析21-27
• 2.1 駕駛員坐姿力學(xué)模型的建立21-24
• 2.1.1 駕駛員模型的簡(jiǎn)化21-22
• 2.1.2 駕駛員各環(huán)節(jié)相對(duì)質(zhì)量的分布22-24
• 2.1.3 駕駛員坐姿狀態(tài)下受力定義24
• 2.2 腰部單點(diǎn)支撐模型的建立24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于AnyBody的汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模27-37
• 3.1 AnyBody建模原理27-30
• 3.1.1 AnyBody建模原理27-28
• 3.1.2 肌骨模型運(yùn)動(dòng)學(xué)分析28
• 3.1.3 肌肉建模方法28-30
• 3.1.4 肌肉活動(dòng)程度分析30
• 3.2 基于AnyBody駕駛員-座椅模型的建立30-33
• 3.2.1 駕駛員模型30-31
• 3.2.2 環(huán)境模型31-32
• 3.2.3 人機(jī)交互模型32
• 3.2.4 肌肉群的劃分32-33
• 3.3 駕駛員坐姿模型的初始狀態(tài)定義33-34
• 3.4 頻繁踩踏板對(duì)駕駛員肌肉活性的影響34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-37
• 第4章 不同踏板與座椅間距下駕駛員腰部受力的狀況分析37-47
• 4.1 不同座椅與踏板間距下駕駛員肌肉活性分析37-39
• 4.2 不同座椅與踏板間距下駕駛員腰椎受力分析39-40
• 4.3 駕駛員腰部受力實(shí)驗(yàn)40-42
• 4.4 肌氧測(cè)試42-45
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象42
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器及過(guò)程42-44
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-45
• 4.5 分析與討論45-46
• 4.6 本章小結(jié)46-47
• 第5章 骨盆腰椎連續(xù)支撐模型的建立及實(shí)驗(yàn)分析47-57
• 5.1 骨盆腰椎連續(xù)支撐模型的建立47-49
• 5.2 仿真分析49-51
• 5.3 實(shí)驗(yàn)分析51-53
• 5.3.1 腰部受力測(cè)量51-52
• 5.3.2 肌氧測(cè)量52-53
• 5.4 分析與討論53-55
• 5.5 本章小結(jié)55-57
• 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 攻讀碩士期間所獲成果65-67
• 致謝67-68
• 附件68

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1 賈曉紅;茆軍兵;王人成;蒲放;孫芳;;頭盔質(zhì)量和質(zhì)心對(duì)軍機(jī)飛行員頸部肌力的影響[J];醫(yī)用生物力學(xué);2012年04期

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1 呂國(guó)敏;基于AnyBody的汽車駕駛員坐姿力學(xué)特性建模及坐姿支撐設(shè)計(jì)[D];山東大學(xué);2016年

2 張偉;病理性震顫的機(jī)制與輔助式抑震技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：740323