运动型自行车车架设计方法研究

摘要

本文密切结合我国运动型自行车产品自主创新需求,从骑行舒适性、安全性及评价指标等方面展开了一系列的研究工作,旨在为我国运动型自行车的自主创新设计提供一定的理论参考。论文研究内容及取得的成果如下:
　　1.以某类型公路竞技自行车为例,基于人体生物力学理论,运用Anybody人体生物力学软件及Anyscript语言,建立了与后续骑行实验参数相同的人、自行车及人-车耦合动力学仿真模型,并进行了骑行过程的仿真实验,得到了骑行者下肢肌肉的肌肉力与肌肉活性等数据参数,为后续车架参数设计奠定基础。
　　2.提出了一种采用肌电信号测试技术进行仿真实验结果验证的方法,通过真实的骑行实验,得到了骑行者下肢肌肉的肌电信号数据。仿真实验数据与骑行实验数据的比较分析表明,二者具有良好的一致性,验证了人-车建模理论的正确性。对两名不同的骑行者在两种不同骑行姿态下进行下肢肌肉的肌电信号测试,通过分析每位受试者在不同骑行姿态下肌肉的肌电信号,探索骑行者与自行车车架尺寸参数之间的联系,以期通过设计合理的车架尺寸参数,提高骑行舒适性。
　　3.以骑行者下肢肌肉力平方和最小作为评价骑行舒适性的指标,对自行车车架尺寸参数进行设计。针对特定的骑行者,以该指标为目标函数,以鞍座横坐标x、纵坐标y和曲柄长度l为设计变量,采用均匀实验法进行仿真实验,借助回归分析方法优化鞍座位置与曲柄长度。与此同时,结合人体疲劳产生机理,提出了一种采用骑行者下肢肌肉的最大肌肉活性评价骑行者疲劳程度的新指标,采用相同的方法优化车架参数,两种评价指标下的优化结果具有良好的一致性。
　　4.采用以往骑行实验中所获得的载荷数据,以疲劳强度和静强度作为公路竞技自行车车架强度设计准则。运用ANSYS有限元分析软件,针对三种不同材质的同一款自行车车架结构进行强度分析。在保证满足强度的条件下,以降低车架质量为目标,对车架结构进行了改进。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 人-车耦合系统动力学仿真分析

2.1 引言

2.2 运动生物力学理论基础

2.3 人体生物力学模型

2.4 人-车动力学仿真分析

2.5 小结

第三章 人-车耦合系统表面肌电信号实验

3.1 引言

3.2 实验原理与实验方法

3.3 实验结果及数据处理

3.4 实验结果与仿真分析对比

3.5 实验结果分析

3.6 小结

第四章 基于骑行舒适性的主要参数设计

4.1 引言

4.2 骑行性能评价指标

4.3 车架结构主要参数设计

4.4 小结

第五章 基于安全性的车架结构改进

5.1 引言

5.2 车架的强度准则

5.3 车架的有限元分析

5.4 车架结构的改进

5.5 碳纤维复合材料车架的分析

5.6 小结

第六章 全文结论

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢