基于中国人体特征的参数化人体体表模型建模研究
发布时间：2022-01-12 05:57
作为汽车碰撞安全研究领域的重要工具,人体有限元模型广泛应用于乘员损伤风险评估和汽车约束系统优化设计等方面,然而现有的人体有限元模型大多基于西方人体的固定体型开发,难以反映体征差异对碰撞载荷下乘员损伤情况产生的影响,更无法准确评价中国人体的生物力学特性。本文基于中国人体扫描数据,建立了能够反映中国人体特征的参数化体表有限元模型,为研究体征差异对从人体体表形态的影响和完整参数化人体有限元模型的开发奠定了基础。本文通过志愿者招募得到了67个具有不同年龄、身高和BMI的中国成年男性样本,分析了样本在不同人体特征参数上的分布情况,并与最新全国人体测量数据进行了对比,结果表明所获取样本符合中国成年男性人群在不同体征参数上的分布规律,所选样本可以基本反映中国成年男性人群的体征差异。根据体表解剖学相关内容,确定了62个体表标志点,用于参数化建模过程中的网格映射变换。通过人体三维扫描,获取了目标样本在驾驶姿态和站立姿态下的体表点云数据,以用于汽车驾乘人员和行人人体有限元模型的开发,并对数据进行了清理和修复处理,建立了表面完整平滑的目标体表几何模型。本文提出了一种基于网格变换和回归分析的参数化体表模型建模...
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反映中国人体特征的参
烟台大学硕士学位论文7归建立了体表尺寸预测模型，并基于截面法建立了参数化人体体表模型。以上研究中部分建模结果如图1.2所示。通过上述分析表明，国外对基于人体扫描数据建立参数化体表模型的研究已经相当广泛，而国内的相关研究相对缺乏，而且上述研究中的数据均来自西方人体，不能准确反映中国人体特征情况。因此，基于中国人体数据的参数化体表模型研究具有重要意义。(a)站姿体表模型[59](b)躯干体表模型[60](c)多姿态人体体表模型[66](d)乘员姿态体表模型[47]图1.2参数化体表模型举例1.3研究内容与方法本文的主要研究目标是获取不同年龄、身高、BMI的中国成年男性的体表点云数据，并通过对点云数据的处理和分析计算建立能够反映中国人体特征的参数化体表有限元模型，为后期建立完整参数化人体有限元模型奠定基础，为人体特征多样性对碰撞事故中人体损伤差异性影响等研究提供参考。本文的主要研究内容包括以下方面：（1）通过多种途径招募了来自不同地区、不同行业具有不同的年龄、身高和BMI
1绪论8等人体特征的67名中国成年男性志愿者，并分析了所获取样本体征信息的分布情况，通过与最新全国人体测量数据对比，探讨了所获取样本数据对中国成年男性人群的代表能力。确定了两种不同的扫描姿态，驾驶姿态可以表现了人在车辆内部的驾驶和乘坐姿势，站立姿态则表现了行人姿势。确定了人体不同部位的62个体表标志点，以用于网格映射变换和完整人体有限元模型开发过程中骨骼在体表内的定位。最终，通过人体三维扫描仪对志愿者的体表数据进行测量，建立了能够反映中国人体特征差异性的体表数据库。（2）对体表数据库中两种姿态体表点云数据进行了清理和修复，并提取体表标志点的坐标信息，建立了目标体表几何模型。同时，以两种姿态THUMS人体有限元模型为基础，提取出其皮肤网格并提取体表标志点的坐标信息，作为了基准体表网格模型。通过网格变换的方法，将基准体表网格模型映射到目标体表几何，进而建立具有目标体表特征的网格模型，并对网格变换结果进行了误差分析。同时，通过基于网格变换的方法对体表网格模型进行对称处理。（3）通过对所有样本的体表网格模型进行空间位置校准、主成分分析和回归分析，建立了两种姿态下体表有限元模型的预测模型，并对模型精度进行了验证。最终，生成了一组具有不同年龄和BMI的体表有限元模型，分析了不同体征参数对人体体表形态的影响。本文的主要研究技术路线如下：图1.3本文主要研究技术路线
【参考文献】：
期刊论文
[1]人体常用体表骨性标志在康复治疗中的应用研究[J]. 张黎明,金建明. 中国康复医学杂志. 2018(11)
[2]行人下肢高精度数值模型与损伤参数研究[J]. 兰凤崇,黄伟,陈吉清,吴凯. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(10)
[3]中美人体尺寸差异及对车辆正碰中驾驶员损伤风险的影响(英文)[J]. 张金换,杨洁,金鑫,沈明,罗逍,马春生. 汽车安全与节能学报. 2016(02)
[4]汽车侧面碰撞乘员骨盆生物力学模型建立及分析[J]. 陈吉清,马正伟,兰凤崇,杜天亚. 吉林大学学报(工学版). 2014(06)
[5]关注碰撞中易受伤害人群:用于损伤生物力学研究的有限元人体模型最新进展（英文）[J]. 胡敬文,Jonathan D. RUPP,Matthew P. REED. 汽车安全与节能学报. 2012(04)
[6]中国假人模型与Hybrid Ⅲ假人模型碰撞响应的差异[J]. 曹立波,余志刚,白中浩,吴俊. 中国机械工程. 2009(03)
[7]基于CT图像颈椎有限元模型的建立及验证[J]. 曹立波,奠波,卢畅. 湖南大学学报(自然科学版). 2009(01)
[8]中国50百分位人体与标准试验假人正面碰撞响应差异的研究[J]. 白中浩,曹立波,余志刚. 汽车工程. 2008(11)
[9]人体工程学在汽车车身设计中的应用[J]. 廖琪梅. 上海工程技术大学学报. 2002(02)
博士论文
[1]反映中国人体特征的参数化下肢建模与乘员碰撞损伤研究[D]. 杜雯菁.清华大学 2019
[2]面向自适应约束系统的多体征乘员碰撞仿真与损伤分析[D]. 张恺.湖南大学 2018
[3]碰撞载荷下考虑人体差异的胸腔参数化建模及损伤研究[D]. 李沛雨.清华大学 2017
[4]基于体征的参数化乘员有限元模型建立方法及应用研究[D]. 王玉龙.湖南大学 2016
[5]老龄和肥胖乘员有限元模型建模方法及损伤机理研究[D]. 石向南.湖南大学 2014
硕士论文
[1]汽车乘员上肢生物力学模型开发及碰撞损伤分析[D]. 刘朝阳.华南理工大学 2017
[2]基于中国人体特征的下肢几何建模与长骨验证[D]. 吕方.清华大学 2015
[3]乘员人体体表参数化建模及仿真研究[D]. 高晓娴.吉林大学 2013
[4]基于中国人体的正面碰撞假人开发策略研究[D]. 黄新刚.湖南大学 2012
[5]不同人体正碰响应分析及基于中国人体的约束系统优化[D]. 朱宁宇.湖南大学 2010
[6]中国50百分位人体与标准试验假人正面碰撞响应差异的研究[D]. 余志刚.湖南大学 2008
本文编号：3584233
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反映中国人体特征的参
烟台大学硕士学位论文7归建立了体表尺寸预测模型，并基于截面法建立了参数化人体体表模型。以上研究中部分建模结果如图1.2所示。通过上述分析表明，国外对基于人体扫描数据建立参数化体表模型的研究已经相当广泛，而国内的相关研究相对缺乏，而且上述研究中的数据均来自西方人体，不能准确反映中国人体特征情况。因此，基于中国人体数据的参数化体表模型研究具有重要意义。(a)站姿体表模型[59](b)躯干体表模型[60](c)多姿态人体体表模型[66](d)乘员姿态体表模型[47]图1.2参数化体表模型举例1.3研究内容与方法本文的主要研究目标是获取不同年龄、身高、BMI的中国成年男性的体表点云数据，并通过对点云数据的处理和分析计算建立能够反映中国人体特征的参数化体表有限元模型，为后期建立完整参数化人体有限元模型奠定基础，为人体特征多样性对碰撞事故中人体损伤差异性影响等研究提供参考。本文的主要研究内容包括以下方面：（1）通过多种途径招募了来自不同地区、不同行业具有不同的年龄、身高和BMI
1绪论8等人体特征的67名中国成年男性志愿者，并分析了所获取样本体征信息的分布情况，通过与最新全国人体测量数据对比，探讨了所获取样本数据对中国成年男性人群的代表能力。确定了两种不同的扫描姿态，驾驶姿态可以表现了人在车辆内部的驾驶和乘坐姿势，站立姿态则表现了行人姿势。确定了人体不同部位的62个体表标志点，以用于网格映射变换和完整人体有限元模型开发过程中骨骼在体表内的定位。最终，通过人体三维扫描仪对志愿者的体表数据进行测量，建立了能够反映中国人体特征差异性的体表数据库。（2）对体表数据库中两种姿态体表点云数据进行了清理和修复，并提取体表标志点的坐标信息，建立了目标体表几何模型。同时，以两种姿态THUMS人体有限元模型为基础，提取出其皮肤网格并提取体表标志点的坐标信息，作为了基准体表网格模型。通过网格变换的方法，将基准体表网格模型映射到目标体表几何，进而建立具有目标体表特征的网格模型，并对网格变换结果进行了误差分析。同时，通过基于网格变换的方法对体表网格模型进行对称处理。（3）通过对所有样本的体表网格模型进行空间位置校准、主成分分析和回归分析，建立了两种姿态下体表有限元模型的预测模型，并对模型精度进行了验证。最终，生成了一组具有不同年龄和BMI的体表有限元模型，分析了不同体征参数对人体体表形态的影响。本文的主要研究技术路线如下：图1.3本文主要研究技术路线
【参考文献】：
期刊论文
[1]人体常用体表骨性标志在康复治疗中的应用研究[J]. 张黎明,金建明. 中国康复医学杂志. 2018(11)
[2]行人下肢高精度数值模型与损伤参数研究[J]. 兰凤崇,黄伟,陈吉清,吴凯. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(10)
[3]中美人体尺寸差异及对车辆正碰中驾驶员损伤风险的影响(英文)[J]. 张金换,杨洁,金鑫,沈明,罗逍,马春生. 汽车安全与节能学报. 2016(02)
[4]汽车侧面碰撞乘员骨盆生物力学模型建立及分析[J]. 陈吉清,马正伟,兰凤崇,杜天亚. 吉林大学学报(工学版). 2014(06)
[5]关注碰撞中易受伤害人群:用于损伤生物力学研究的有限元人体模型最新进展（英文）[J]. 胡敬文,Jonathan D. RUPP,Matthew P. REED. 汽车安全与节能学报. 2012(04)
[6]中国假人模型与Hybrid Ⅲ假人模型碰撞响应的差异[J]. 曹立波,余志刚,白中浩,吴俊. 中国机械工程. 2009(03)
[7]基于CT图像颈椎有限元模型的建立及验证[J]. 曹立波,奠波,卢畅. 湖南大学学报(自然科学版). 2009(01)
[8]中国50百分位人体与标准试验假人正面碰撞响应差异的研究[J]. 白中浩,曹立波,余志刚. 汽车工程. 2008(11)
[9]人体工程学在汽车车身设计中的应用[J]. 廖琪梅. 上海工程技术大学学报. 2002(02)
博士论文
[1]反映中国人体特征的参数化下肢建模与乘员碰撞损伤研究[D]. 杜雯菁.清华大学 2019
[2]面向自适应约束系统的多体征乘员碰撞仿真与损伤分析[D]. 张恺.湖南大学 2018
[3]碰撞载荷下考虑人体差异的胸腔参数化建模及损伤研究[D]. 李沛雨.清华大学 2017
[4]基于体征的参数化乘员有限元模型建立方法及应用研究[D]. 王玉龙.湖南大学 2016
[5]老龄和肥胖乘员有限元模型建模方法及损伤机理研究[D]. 石向南.湖南大学 2014
硕士论文
[1]汽车乘员上肢生物力学模型开发及碰撞损伤分析[D]. 刘朝阳.华南理工大学 2017
[2]基于中国人体特征的下肢几何建模与长骨验证[D]. 吕方.清华大学 2015
[3]乘员人体体表参数化建模及仿真研究[D]. 高晓娴.吉林大学 2013
[4]基于中国人体的正面碰撞假人开发策略研究[D]. 黄新刚.湖南大学 2012
[5]不同人体正碰响应分析及基于中国人体的约束系统优化[D]. 朱宁宇.湖南大学 2010
[6]中国50百分位人体与标准试验假人正面碰撞响应差异的研究[D]. 余志刚.湖南大学 2008
本文编号：3584233
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