基于静态体压分布的航空座椅舒适性分析和优化

摘要

座椅舒适性的逐渐成为了座椅设计的一项重要指标，如何对座椅的舒适性进行科学的评价，是学者们的关注的一个焦点。目前常被用来评价座椅的舒适性主要有主观评价和客观评价两方面，主观评价主要是采取问卷调查的形式，客观评价方法主要测量人体与座椅界面之家的体压分布，研究体压分布规律与座椅舒适性的关系。不同材料和尺寸的座椅坐垫会造成压力分布规律的变化，因此在舒适性开发中，通过优化坐垫的的材料和尺寸来获得可以最佳体压分布规律，从而获得良好的舒适性。然而对座椅舒适性的评价的最终手段是人们的主观评价，主观评价存在不确定性的缺陷，需要分析主客观评价的关系，使得客观评价来优化座椅舒适性具有可信度。本文通过静态体压试验分析了主客观评价之间的关系，建立了人体座椅有限元模型，并进行了验证，通过仿真计算，以客观评价指标为优化目标，对坐垫的材料和尺寸进行了详细研究和优化。本文研究的内容和结论主要包含以下几个方面：　　(1)本文设计了静态体压分布试验，获取了人体和坐垫界面之间的压力分布数据和峰值压强，参考李克特量表法制作了主观评价调查问卷表，获取了主观评价分数，利用单因素方差分析法分析了主观评价，客观评价指标峰值压强和座椅因素以及人体因素之间的相关关系。结果表明坐垫的材料密度和峰值压强存在非线性的相关关系，人体的BMI指数和峰值压强呈正相关的关系，利用Logistic回归分析的方法得到了峰值压强与主观舒适度的概率曲线关系，验证说明了利用客观评价方法来评价座椅舒适性的有效性。　　(2)为了利用体压分布指标来对座椅坐垫的材料和尺寸进行优化，本文建立了人体与座椅体压分布分析的有限元仿真模型，利用泡沫单轴压缩试验参数反求校准了泡沫坐垫材料参数，通过体压试验中的峰值压强值验证了其仿真结果的准确性。在泡沫坐垫的优化中，采用了正交试验的方法，将泡沫坐垫划分成多密度的泡沫层，对每层的泡沫材料和整个坐垫的尺寸进行正交仿真试验分析，通过极值分析法获取了最优坐垫尺寸和泡沫材料分布的组合。通过对比分析，人体与座椅界面的峰值压强减小了5.96%，达到了舒适性优化的效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 舒适性定义研究现状

1.2.2 舒适性评价方法研究现状

1.2.3 舒适性设计研究现状

1.3 研究的主要内容及技术路线

1.3.1 主要内容

1.3.1 技术路线

1.3.3 论文框架结构

第2章 座椅泡沫材料压缩试验和参数标定

2.1 聚氨酯泡沫准静态单轴压缩试验

2.1.1 试样准备

2.1.2 试验设备

2.1.3 试验过程

2.1.4 泡沫单轴压缩试验

2.2 座椅泡沫本构模型

2.2.1 关于聚氨酯泡沫的概述

2.3 座椅聚氨酯泡沫材料的仿真及参数标定

2.3.1 泡沫压缩有限元仿真模型

2.3.2 参数优化变量

2.3.3 优化目标函数

2.3.4 优化流程

2.3.5 优化结果

2.4 本章小结

第3章 静态体压试验与仿真结果分析验证

3.1 静态体压分布试验简介

3.2 试验方案设计

3.2.1 试验设备和材料

3.2.2 调查问卷

3.2.3 试验对象

3.2.4 试验步骤

3.3 静态体压结果分析

3.3.1 数据处理

3.3.2 体压分布与个体性差异的关系

3.3.3 体压分布与主观舒适性的关系

3.3.4 体压分布与泡沫密度关系

3.4 仿真结果的验证与分析

3.5 本章小结

第4章 座椅压力分布有限元模型搭建

4.1臀部有限元模型简介

4.2 航空座椅有限元模型建模

4.2.1 航空座椅模型网格划分

4.2.2 航空座椅材料属性的定义

4.3 人体有限元模型与座椅有限元模型的装配与边界条件

4.3.1 人体模型与座椅模型的装配

4.3.2 模型与座椅模型的接触与边界条件设置

4.3.3 模型控制卡片的设置

4.4 仿真结果

4.4.1 座椅体压分布舒适性理论

4.4.2 静态体压指标

4.4 本章小结

第5章 泡沫坐垫分析优化

5.1 优化试验方法选取

5.2 正交试验方案步骤

5.3 正交试验的设计

5.4 试验结果分析

5.4.1 极差分析法

5.4.2 最大压强影响因素分析

5.4.3 优化参数小结

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢