一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法，包括如下步骤：构建座圈三维模型；生成人体三维模型；对座圈三维模型和人体三维模型进行装配；通过网格划分，并施加载荷、初始条件和边界条件，建立人体—座圈有限元分析模型；通过CAE分析软件对人体—座圈有限元分析模型求解，并提取评价数据；根据提取的评价数据进行舒适性评价；输出座圈最终设计方案。本发明专利技术借助仿真分析提供一种座圈参数化设计方法，能够优化座圈结构，高质量的设计出符合人机功效学的座圈产品，设计周期短、效率高，并且进一步减少了产品测试、修改环节的频次和成本，保证了座圈产品的快速开发、快速投放市场，提高了产品竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法
本专利技术涉及座圈设计领域，尤其涉及一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法。
技术介绍
随着生活水平的提高，人们对坐便器产品的舒适性要求也越来越高，但是现有的座圈设计过程中缺乏定量的数据来衡量设计方案的合理性，因此最终的设计方案很难保证其真正具有良好的舒适性。当设计方案不合理时，座圈会压迫臀部和大腿神经，入厕较长时，容易产生下肢供血不足，发麻、发胀等不适感，给人们带来了不少困扰。因此，借助仿真分析提供一种座圈参数化设计方法，优化座圈结构，使座圈结构符合人机工学，提高座圈的使用舒适性，成为本领域研发的方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法。本专利技术是通过以下技术方案予以实现：一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：a.构建座圈三维模型；b.生成人体三维模型；c.对所述座圈三维模型和人体三维模型进行装配；d.通过网格划分，并施加载荷、初始条件和边界条件，建立人体—座圈有限元分析模型；e.通过CAE分析软件对所述人体—座圈有限元分析模型求解，并提取评价数据；f.根据提取的所述评价数据进行舒适性评价；g.输出座圈最终设计方案。根据上述技术方案，优选地，步骤a包括：建立与坐便器形状相适配的座圈外轮廓线和座圈内轮廓线；建立多个沿座圈环周设置的横截面轮廓线；通过参数化曲线对所述座圈外轮廓线、座圈内轮廓线以及横截面轮廓线进行参数化拟合，并生成参数化座圈曲面。根据上述技术方案，优选地，所述参数化曲线包括Bezier曲线、B样条曲线、NURBS曲线、多项式曲线以及参数方程曲线。根据上述技术方案，优选地，所述评价数据包括最大压力、平均压力及压力梯度。根据上述技术方案，优选地，在步骤g之前，根据所述舒适性评价的结果调整座圈三维模型。根据上述技术方案，优选地，步骤f包括：分别设定各所述评价数据的上限值；当所述评价数据高于上限值时，调整所述座圈外轮廓线、座圈内轮廓线及横截面轮廓线，重新执行步骤b-f；当各所述评价数据全部低于上限值时，执行步骤g。本专利技术的有益效果是：本专利技术借助仿真分析提供一种座圈参数化设计方法，能够优化座圈结构，高质量的设计出符合人机功效学的座圈产品，设计周期短、效率高，并且进一步减少了产品测试、修改环节的频次和成本，保证了座圈产品的快速开发、快速投放市场，提高了产品竞争力。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2是本专利技术建立的座圈各轮廓线的示意图。图3是各轮廓线参数化拟合后的控制点示意图。图4是使用参数化轮廓线生成的曲面示意图。图5是人体—座圈有限元分析模型。图6是人体大腿和臀部压力分布示意图。图7是修改轮廓线参数后的生成的曲面示意图。图8是修改轮廓线参数后人体大腿和臀部压力分布示意图。图中：1、坐便器；2、座圈外轮廓线；3、座圈内轮廓线；4、座圈横截面轮廓线；5、参数化座圈曲面；6、人体模型网格模型；7、座圈网格模型。具体实施方式为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图所示，本专利技术包括如下步骤：步骤1：根据配套坐便器1外形，建立座圈外轮廓线2，座圈外轮廓线2覆盖了坐便器1上表面前端外沿部分；建立座圈内轮廓线3，座圈内轮廓线3稍小于坐便器1上表面开孔的内沿；建立座圈的横截面轮廓线4，本实施例建立了6条横截面轮廓线，根据需要可以增加或减少横截面轮廓线的数量；步骤2：通过参数化曲线对各轮廓线进行参数化拟合。本例运用NURBS曲线对各轮廓线进行参数化拟合，以NURBS曲线的控制点坐标为设计变量。本例中选用80个控制点来拟合座圈外轮廓线2，选用了20个控制点来拟合座圈内轮廓线3，选用了10个控制点来拟合各横截面轮廓线4，根据需要可以增加或减少各轮廓线控制点的数量。步骤3：座圈内、外轮廓线和6条横截面轮廓线组成了网格化的曲线，运用CAD软件中的从网线建立曲面功能生成的参数化座圈曲面5。步骤4：生成人体三维模型。人体模型的可以采用假人模型，或是直接通过三维光学扫描仪采集人体点云数据再生成人体表面模型，或是通过对医学CT扫描数据处理，生成人体三维模型。生成模型后根据还需要对整个模型进行缩放，因为在产品尺寸设计时一般应用人体尺寸百分位通则，座圈产品设计按照人体测量尺寸P50作为设计依据，但是测量获得的人体模型不一定完全符合P50的人体尺寸，因此需要进行缩放。本例通过对人体的医学CT扫描数据进行处理，通过灰度值完成组织、皮肤和骨骼三维模型生成，然后通过缩放获得分析用的P50人体三维模型。步骤5：建立人体—座圈有限元分析模型。其中座圈三维模型直接用步骤3中生成的座圈曲面围成实体即可获得，然后把人体三维模型和座圈三维模型进行装配，并按照实际使用时情况，调整它们之间的相对位置。然后通过网格划分生成各部分网格，形成人体模型网格模型6和座圈网格模型7，再设置好各部分好接触关系，并施加载荷、初始条件、边界条件，从而完成人体—座圈有限元分析模型的建立。步骤6：对步骤5中生成的人体—座圈有限元分析模型进行求解，然后提取人体大腿和臀部的压力数值，从而获得不同区域的最大值压力、平均压力、压力梯度等评价数据。步骤7：根据提取的评价数据进行舒适性评价。由解剖学知识可知，人体坐骨粗壮，与其周围的肌肉相比，能承受更大的压力，大腿有大量血管和神经系统，压力过大会影响血液循环和神经传导而产生不适。所以，人体在座圈上的压力分布应遵循不同区域承受不同等级压力的原则，即在坐骨结节区域附近压力最大，向周围逐渐减小，至大腿前端是压力降到最低。因此，根据经验设定最大压力、平均压力、压力梯度在不同区域的的上限值，若计算结果超出上限值则不满足舒适性要求。从图6可以看出，坐骨结节处压力偏大，超出了预设的上限值，因此修改轮廓线参数，重新生成座圈曲面再进行舒适性评价，从图8可以看出，压力分布较为均匀，重新生成座圈满足要求。步骤8：输出经舒适性评价后生成的座圈作为最终设计方案。参数化座圈三维模型建立后，要想对座圈形状的进行修改，只要修改任座圈轮廓线上任意控制点的坐标就可以完成座圈轮廓线的修改，轮廓线修改后使用网格化的曲线重新生成的座圈参数化曲面即可完成座圈形状的参数化修改。本专利技术能够在保证座圈舒适性的前提下实现座圈的参数化设计，并且参数修改和修改后的几何重建都比较方便，提高了座圈设计及修改的效率，应用CAE仿真保证了座圈设计方案的舒适性，并且进一步减少了产品测试、修改环节的频次和成本。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：a.构建座圈三维模型；b.生成人体三维模型；c.对所述座圈三维模型和人体三维模型进行装配；d.通过网格划分，并施加载荷、初始条件和边界条件，建立人体—座圈有限元分析模型；e.通过CAE分析软件对所述人体—座圈有限元分析模型求解，并提取评价数据；f.根据提取的所述评价数据进行舒适性评价；g.输出座圈最终设计方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：a.构建座圈三维模型；b.生成人体三维模型；c.对所述座圈三维模型和人体三维模型进行装配；d.通过网格划分，并施加载荷、初始条件和边界条件，建立人体—座圈有限元分析模型；e.通过CAE分析软件对所述人体—座圈有限元分析模型求解，并提取评价数据；f.根据提取的所述评价数据进行舒适性评价；g.输出座圈最终设计方案。


2.根据权利要求1所述一种基于仿真分析的座圈参数化设计方法，其特征在于，步骤a包括：建立与坐便器形状相适配的座圈外轮廓线和座圈内轮廓线；建立多个沿座圈环周设置的横截面轮廓线；通过参数化曲线对所述座圈外轮廓线、座圈内轮廓线以及横截面轮廓线进行参数化拟合，并生成参数化座圈曲面。


3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦庆，冯宝华，孔艳妥，宋子春，王涛，张永明，王金龙，余涛涛，刘丽莉，
申请(专利权)人：惠达卫浴股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13