三维人体服装接触力学模型研究与仿真实现

摘要

三维服装变形模拟和动力仿真可以对服装的合体程度、款式和压力等各个方面进行虚拟审视与检测，所以有着广泛的应用前景，其应用范围涉及虚拟服装店、虚拟现实、人物动画、电子游戏等众多领域，是当前织物变形模拟中的研究热点，本文所研究的三维人体服装接触问题是该课题的重要内容。 本文通过研究人体服装之间的接触现象和弹性体的虚位移原理，提出一种新的三维人体服装接触力学模型。通过四结点壳单元对三维人体服装接触力学模型进行离散得到基于Mindlin-Reissner理论的壳体有限元离散模型；使用假设剪切应变方法避免壳体有限元理论中出现的剪切闭锁现象；并在模型中施加法向的不可穿透约束和切向的摩擦力条件，更加符合三维人体服装的实际接触过程。通过主从面算法和基于点面的局部搜索算法，有效地定位三维人体服装接触过程中接触区域；利用弧长控制算法求解离散形成的非线性方程组，得到人体服装的变形状态和压力情况。 本文开发设计了仿真软件包。它有效集成了有限元分析软件ANSYS的有限元分析计算能力，实现基于弹簧质点模型的三维服装造型，使服装造型简单易算，造型效率高；实现了由服装材质及造型变化引起的服装变形差异的量化分析和着装人体的应力位移分析。仿真实例的研究说明该模型能够有效体现服装材质特性和服装结构特征对三维人体服装接触问题的影响，表明该模型的可行性和优越性及其对服装设计的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究与发展

1.3本文的研究内容

1.4论文的组织结构

第二章三维弹性接触问题相关理论

2.1应变的度量

2.2虚位移原理

2.3有限元法

2.4接触问题分类

2.5接触界面条件

2.6接触问题的求解算法

第三章三维人体服装接触力学模型

3.1人体服装接触问题

3.2织物的本构方程

3.3三维人体服装接触力学模型

3.4模型的有限元离散

3.5接触界面的定解条件和校核条件

3.6模型求解算法

第四章三维人体服装接触力学模型的实现

4.1模型的设计

4.2系统数据流程设计

4.3系统结构设计

4.4模型的实现

4.5 小结

第五章仿真实例及其分析

5.1仿真实例

5.2模型的服装材质表现力

5.3摩擦力和横向剪切变形的影响

5.4不同服装造型对服装压力分布的影响

5.5小结

第六章总结与展望

6.1研究主要特点

6.2展望

参考文献

研究生期间参加的科研项目及研究成果

致谢