基于生物力学的防护和工效学仿真研究 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《基于生物力学的防护和工效学仿真研究》针对航空航天恶劣环境下个体防护与工效的生物力学建模问题，结合已有研究基础，以飞行员的人一坐垫一座椅系统舒适性、减压肺损伤，航天员的舱外手动作业、舱外上肢作业等为例，较为系统地介绍了在航空航天不同的特殊环境下，如何针对人员安全防护与作业绩效提高的具体要求，合理简化复杂的人一防护装备系统，建立人体不同部位一防护装备力学耦合的生物力学模型，选取合理的生理参数进行防护和工效的仿真，并采用实验验证的流程和方法。
　　《基于生物力学的防护和工效学仿真研究》重点在于如何处理人体生理学与环境和防护装备的力学耦合和建模问题，通过仿真分析得到的结论对于个体防护和工效有一定的参考价值，但书中所建立的模型、方程、引用参数以及验证方法，对飞行员和航天员均无特指。
　　《基于生物力学的防护和工效学仿真研究》可供从事航空、航天和航海等特种行业个体防护与工效生物力学建模的研究人员参考，也可供工效学、个体防护和救生、生物医学工程等相关专业的本科生和研究生参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 个体防护与工效学中的生物力学问题
1．1．1 工效学与生物力学
1．1．2 个体防护简介
1．1．3 个体防护装备的生物力学
1．2 国内外研究现状
1．2．1 航空航天个体防护装备的发展现状与趋势
1．2．2 航空航天个体防护装备的工效学
1．2．3 航空航天个体防护装备的生物力学
1．3 生物力学建模的基本步骤
1．4 仿真分析研究举例
1．4．1 模型的数学与物理描述
1．4．2 仿真计算过程
参考文献

第2章 基于ANSYS的飞行员座椅舒适性仿真
2．1 飞行员座椅舒适性研究背景
2．2 基于ANSYS的人一坐垫有限元模型
2．2．1 模型的建立
2．2．2 模型的装配
2．2．3 对应力分布的数值计算
2．3 有限元模型的验证性实验
2．3．1 坐应力实验
2．3．2 应力分布对比
2．3．3 坐骨结节连线上的应力分布
2．4 结果与分析
2．5 结论
参考文献

第3章 迅速减压肺损伤模型计算研究
3．1 研究背景和目的
3．2 非刚体肺模型的建立及模型验证
3．2．1 非刚体肺模型的建立
3．2．2 模型验证结果
3．3 应用1-不同工况下的减压峰值预测
3．3．1 减压条件的选择
3．3．2 模型参数的计算
3．3．3 不同减压情况的预测
3．3．4 不同迅速减压条件下减压峰值区域的划分
3．3．5 不同减压条件的影响分析
3．4 应用2-3种机型座舱减压情况分析对比
3．4．1 减压峰值计算
3．4．2 结果分析
3．5 模型的软件化及操作说明
3．5．1 界面介绍
3．5．2 操作流程及注意事项
3．6 结论
参考文献

第4章 舱外航天服手套手指力学研究
4．1 研究背景
4．2 建立人手食指的数学模型
4．2．1 手的解剖结构
4．2．2 模型的建立
4．2．3 物理参数
4．2．4 计算方法
4．3 食指静力学有限元模型的求解及验证
4．4 EVA情况下余压对人手的影响
4．5 结论
参考文献

第5章 舱外航天服手套对手部力学工效的影响
5．1 舱外航天服手套工效研究背景
5．1．1 手部力学工效
5．1．2 手套力学工效
5．1．3 舱外航天服手套力学工效
5．1．4 肌肉模型
5．1．5 手部模型
5．2 手套力学模型的建立及参数的确定
5．2．1 手套力学模型的建立
5．2．2 手套力学模型参数的确定
5．3 验证实验设计
5．4 实验结果与分析
5．5 模型应用
5．5．1 手指长度与手套长度的不同比例与操作力量的关系
5．5．2 戴手套时最佳活动范围
5．5．3 不同抓握姿势对肌力值的影响
5．5．4 戴手套时不同握力值的握力疲劳时间
5．5．5 手部肌力与手部抓握力的关系分析
5．5．6 讨论
5．6 结论
参考文献

第6章 航天员上肢活动力学仿真研究
6．1 航天员上肢活动力学研究背景
6．2 航天员上肢动力学模型的建立
6．2．1 人体上肢运动解剖特点及简化
6．2．2 人体上肢动力学模型
6．2．3 航天服服装反力矩模型
6．3 仿真计算方法
6．3．1 运动学方法
6．3．2 动力学方法
6．4 模型验证
6．4．1 验证思路
6．4．2 验证实验
6．4．3 模型计算
6．4．4 数据处理及结果对比
6．5 模型与仿真方法应用
6．5．1 典型EVA动作分组
6．5．2 仿真计算结果及分析
6．6 结论
参考文献

前言/序言

　　随着经济的高速发展，生活水平的日益提高，人们对安全防护和工效的要求越来越高。基于尺寸的防护与工效已不再满足人们的需求，人们进而追求更为深入的基于人体生理变化的安全防护与工效，特别是关于生物力学的个体防护与工效等。目前，国内关于个体防护与工效的相关书籍主要涉及人体尺寸、心理、工业设计等方面的，较少涉及生物力学方面的个体防护与工效，尤其缺少基于航空航天特殊环境（如失重、过载等）分析人体生理方面的力学变化，建立生物力学模型，评价人体安全和工效方面的研究。这主要是因为该方面的研究不仅要熟悉工效学、解剖生理学、生物力学、航空航天生理学等多门学科的基础知识，而且要对个体防护与工效学中人体仿真建模的基本物理概念和数学方法有一定深度的掌握，学科跨度大，涉及学科范围广，这对于很多该领域研究的初学者来讲有一定的难度。因此，作者从多年的研究成果中提取出5个具有代表性的个体防护与工效仿真案例，从其背景意义、理论推导、方程求解、建模仿真、参数设置和实验验证等角度多方位解析了个体防护与工效中生物力学建模的流程和方法，以便有志于相关研究的初学者借鉴和学习。
　　本书共分为6章，各章内容如下：
　　第1章主要介绍个体防护与工效中的生物力学问题，根据国内外在航空航天领域的研究现状介绍生物力学研究的重要性，并以一个上肢作业为例简单介绍了生物力学建模的基本步骤。
　　第2章主要以飞行员、坐垫和座椅为研究对象，介绍如何基于ANAYS对人体骨盆、坐垫进行三维建模，以及相关生理参数的设置，最终形成人一坐垫一座椅系统的力学仿真模型，并根据仿真和实验的对比，给出相关安全防护和舒适性的建议。
　　第3章主要介绍在急性高空缺氧条件下，如何对人的肺部、座舱和环境压力变化建立模型，并对高空典型工况和机型的计算结果进行了分析，给出了相关建议，且介绍了所研制的仿真软件。
　　第4章主要介绍如何基于ANAYS对手和航天服手套的抓握进行建模，使手指的肌肉、关节和航天服手套模型能较好地耦合，通过仿真航天员的手部抓握作业，分析有压舱外航天服手套对舱外作业的影响，提出手套改进的相关建议。
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