【摘 要】
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本文针对自行车的个性化设计,探讨基于人机工程学的自行车设计方法与流程,并应用于典型实例,为实现客户化定制的自行车设计提供可借鉴性的理论依据和相关指导。全文研究内容
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本文针对自行车的个性化设计,探讨基于人机工程学的自行车设计方法与流程,并应用于典型实例,为实现客户化定制的自行车设计提供可借鉴性的理论依据和相关指导。全文研究内容及结论概括如下:一、针对自行车骑行过程中的运动特点,建立适用于运动模拟仿真的人-车系统模型,其中人体模型包含骨骼、关节及肌肉软组织,可以进行运动生物力学分析。在人-车系统模型基础上,实现人-车系统运动仿真。二、对人-车系统仿真结果进行分析,结果表明,在骑行的不同阶段,下肢各主要肌肉的施力情况与国外学者Brian等人以肌电讯号分析肌肉施力情况的结论基本吻合,说明人-车系统模型运动仿真能够模拟真实情况,可以进行深入研究。三、采用Crownishield R.D.等人提出的肌肉应力平方和最小作为肌肉疲劳程度的评价指标,进行人体不同骑行姿态的运动仿真,对比分析肌肉疲劳程度得到结论:人体上身姿态对肌肉疲劳程度影响很小,下身姿态对肌肉疲劳程度有较大影响。四、以肌肉疲劳程度最小为目标,结合人-车系统运动仿真,实现车架结构参数优化设计。采用全面试验设计和均匀试验设计两种方法进行仿真实验方案设计,通过仿真实验获取建立数学模型所需的数据样本,同时采用回归分析的方法,建立车架结构设计变量与优化指标之间的函数关系。通过对优化结果的分析比较得到结论:采用均匀试验设计方法进行仿真实验可以大大减少实验次数,且与全面试验设计方法所得结果相差不大。五、通过对优化结果的比较分析表明,应用所建立的数学模型预测人体肌肉疲劳程度与采用人-车系统模型运动仿真所得到的结果基本吻合。根据优化的设计参数,结合典型实例设计车架,并依据有限元分析结果对车架进行结构改进,在此基础上概括总结基于人机工程学的自行车设计方法与设计流程。
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