16265

16265

تعيين مدل ماتريسي بهينه بيومكانيكي بدن انسان به منظور بررسي ارتعاشات و حركت سرنشين خودرو در سه راستاي افقي، عمودي و جانبي

كارشناسي ارشد

سازه و بدنه خودرو

شهريور ماه 1395

دكتر جواد مرزبان راد

خودرو

چكيده در اين پايان¬نامه، چهار مدل بيومكانيكي جديد درحوزه¬ي فركانسي معين، به¬منظور بررسي ارتعاشات در سه راستاي قائم، افقي و جانبي، ارائه شده¬است. مدل¬هاي پنج و شش درجه آزادي به روش پارامتر متمركز با ساختار پيشنهادي ارائه شده¬اند، كه براي بررسي ارتعاشات در يك¬راستا مناسب مي¬باشند. ساير مدل¬ها به روش جديد ماتريسي با شش و پانزده درجه آزادي پيشنهاد شده¬اند، كه به¬ترتيب براي تحليل ارتعاشات در دو و سه راستا مناسب مي¬باشند. پارامترهاي مدل¬ها شامل مقادير سفتي¬ها، ميرايي¬ها و اجرام به كمك الگوريتم ژنتيك و از طريق معيار سراسري يكي از روش¬هاي بهينه سازي چند هدفه به¬گونه¬اي به¬دست آمدند تا بيشترين انطباق را با نتايج آزمايشگاهي داشته باشند. در مدل ماتريسي با 15 درجه-آزادي به¬دليل حجم بالاي پارامترها، مقادير جرم¬هاي مدل¬ باتوجه به درصد وزني تك¬تك اعضاي بدن كه در مقاله¬هاي پزشكي معتبر تعيين شده، محاسبه گرديده¬است. مدل¬هاي ايجاد شده توانستند نتايجي بهتر از نتايج مدل¬هاي گذشته در مقايسه با كارهاي آزمايشگاهي ايجاد كنند. همچنين، براي اولين بار در مدل-سازي بيومكانيكي بدن انسان از ماتريس سفتي و ميرايي سه بعدي به جاي فنر و دمپر استفاده شد و توانست علاوه¬بر سادگي، جواب¬هاي مناسب¬تري نسبت به انطباق با نتايج آزمايشگاهي ايجاد كند. با كمك مدل¬ها نتايج زير به¬دست آمده¬اند: الف) فركانس¬هاي طبيعي بدن انسان ب) پاسخ¬هاي بيومكانيكي بدن انسان شامل اندازه¬ي انتقال¬پذيري ارتعاشات از صندلي تا سر ، اندازه¬ي امپدانس مكانيكي نقطه حركتي و اندازه و فاز جرم ظاهري ج) اثرات تكيه¬گاه روي پاسخ¬هاي جرم ظاهري. در پايان، مدل¬ 6 درجه آزادي پارامتر متمركز به منظور بررسي انتقال¬پذيري ارتعاشات و شتاب¬هاي انتقالي به اعضاي مختلف بدن، تحت تحريك ناشي از پروفيل¬هاي مختلف جاده با استفاده از نرم¬افزار آدامز-كار به¬كار برده شده¬است. مدل¬هاي پيشنهادي مي¬توانند به¬طور گسترده استفاده شوند براي: الف) طراحي، بهينه¬سازي و كنترل ارتعاشات وارد به انسان براي سيستم تعليق خودرو و صندلي ب) سنجش پارامترهاي راحتي سرنشينان وسايل نقليه، ج) تخمين محدوده¬ي فركانسي ايده¬آل بدن انسان. واژه‌هاي كليدي: مدل¬ بيومكانيكي، سرنشين خودرو، ارتعاشات، بدن انسان، انتقا¬ل¬پذيري.

1395/10/22

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In this thesis, four novel biomechanical model are presented to investigate the vibration in x-z-y directions for a specific frequency domain. The 5-DoF an​d 6-DoF lumped-parameter models are proposed with the suggested structure to eva​luate the vibration in one direction. The other models, which are offered by a new matrix method with 6 an​d 15-DoF for eva​luation the vibration in two (x-z) an​d three (x-z-y) directions are considered, respectively. The model parameters consist of masses, springs an​d dampers values are extracted by using genetic algorithms (GA) through the global criterion method in order to minimize the errors between experimental results an​d numerical data of models. For the 15-DoF matrix model, the mass parameters of each segments of human body is calculated by the formulas which are given in medical journals. The presented models in comparison with previous models were in a good agreement with experimental results. Also, for the first time in the human body biomechanical modeling, the 3-dimensional stiffness an​d damping matrixes are used, which can create the appropriate responses in compare with experimental an​d previous model results. With the help of models are obtained: i) the natural frequency of the human body ii) the biomechanical responses including: seat-to-head transmissibility, driving-point mechanical impedance an​d apparent mass responses of modulus an​d phase iii) the backrest support effect on the apparent mass responses. Finally, the 6-DoF lumped-parameter model is used in order to investigate the vibration transmissibility an​d transmitted accelerations for all human body segments under various road excitations by using ADAMS/CAR software. The suggested models can be widely used: i) designing, optimization an​d controlling of the applied vibration to the human body for vehicle suspension an​d seat systems ii) eva​luating vehicle occupant comfort iii) estimate the ideal frequency domain of the human body. Keywords: Biomechanical model, Automotive passenger, Vibration, Human body, Transmissibility.