车辆振动环境下人体脊椎动态特性分析

摘要

随着汽车工业的迅猛发展，人们不仅仅满足于车辆性能，对车辆乘坐舒适性的要求也越来越高，脊椎在车辆振动环境下的动态特性及振动损伤问题也受到了研究者的广泛关注。了解人体脊椎的动态特性及寻找脊椎的振动保护方法值得进一步深入研究。本文对车辆振动环境下人体脊椎的静动态特性进行了研究。
　　首先，应用Mimics和有限元分析软件ANSYS10.0建立人体脊椎T12-Pelvis三维实体模型，依据解剖结构添加软骨和韧带。对所建立的有限元模型进行分析，并将仿真结果同已有实验数据作对比，以确保有限元模型的有效性。
　　其次，应用ANSYS Workbench12.1对T12-Pelvis有限元模型每相邻节段进行垂直、前俯、后仰、侧弯和外旋坐姿下的静力分析，对所建立的模型整体进行四种坐姿下的静力分析。
　　再次，分析人体脊椎动态特性对椎间盘材料属性的敏感度，对人体脊椎T12-Pelvis段有限元模型进行模态分析，提取固有频率及振型，研究脊椎在座椅约束下的动态特性。
　　最后，对人体脊椎T12-Pelvis有限元模型进行谐响应分析，仿真结果同静态特性分析结果作对比，研究车辆行驶中动载荷对人体脊椎的影响。本文的研究结果为车辆座椅的设计提供了有力的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究背景

1．3 汽车舒适性概述

1．4 有限元法概述

1．5 本文研究内容

第2章 脊椎生物力学及国内外脊椎有限元分析研究现状

2．1 脊椎结构

2．1．1 脊椎运动节段前部

2．1．2 脊椎运动节段后部

2．2 脊椎生物力学

2．2．1 椎体的生物力学

2．2．2 椎间盘的生物力学特性

2．2．3 韧带的生物力学特性

2．3 国内外脊椎有限元分析研究现状

2．3．1 腰椎有限元模型的研究发展

2．3．2 椎间盘有限元模型的研究现状

2．3．3 骨盆有限元模型的研究现状

2．4 本章小结

第3章 基于CT扫描和Mimics、ANSYS的三维实体建模

3．1 CT扫描技术和Mimics软件介绍

3．1．1 CT扫描技术简介

3．1．2 Mimics软件简介

3．2 ANSYS软件简介

3．3 腰椎有限元模型的建立

3．4 椎间盘、骶髂关节软骨及耻骨联合模型的建立

3．5 韧带的建立

3．6 材料属性的定义

3．7 本章小结

第4章 人体脊椎的静态特性分析

4．1 有限元模型的有效性验证

4．2 T12-L1节段模型静态特性分析

4．2．1 垂直坐姿下静态特性分析

4．2．2 前俯坐姿下静态特性分析

4．2．3 后仰坐姿下静态特性分析

4．2．4 侧弯坐姿下静态特性分析

4．3 L4-L5节段模型静态特性分析

4．3．1 垂直坐姿下静态特性分析

4．3．2 前俯坐姿下静态特性分析

4．3．3 后仰坐姿下静态特性分析

4．3．4 侧弯坐姿下静态特性分析

4．4 骨盆模型静态特性分析

4．5 各节段在不同载荷作用下静态特性分析

4．6 人体脊椎的静态特性分析

4．6．1 垂直坐姿下人体脊椎的静态特性分析

4．6．2 前俯坐姿下人体脊椎的静态特性分析

4．6．3 后仰坐姿下人体脊椎的静态特性分析

4．6．4 侧弯坐姿下人体脊椎的静态特性分析

4．7 本章小结

第5章 汽车座椅约束下人体脊椎的动态特性分析

5．1 脊椎动态特性对椎间盘材料属性的敏感度分析

5．1．1 脊椎动态特性对髓核泊松比的敏感度分析

5．1．2 脊椎动态特性对纤维环弹性模量的敏感度分析

5．2 座椅约束条件下人体脊椎的动态特性分析

5．3 座椅约束下脊椎谐响应分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢