CN113361180B - 一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法 - Google Patents

一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法，具体包括如下步骤：步骤1，获取人体全身曲面模型；步骤2，获得运动文胸模型；步骤3，运动文胸曲面模型的处理；步骤4，构建人体胸部有限元模型；步骤5，穿着后运动文胸对乳房压力的计算结果分析及压力值的提取；步骤6，构建人体多体动力学模型；步骤7，联合仿真有限元模型的创建；步骤8，联合仿真有限元模型交互点的创建及运行脚本的创建；步骤9，运行联合仿真有限元模型的分析流程及分析结果；本发明提供的方法能够达到预测运动状态下运动文胸对乳房的压力变化情况。

Description

一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法
技术领域
本发明属于纺织服装技术领域，涉及一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法。
背景技术
根据调查研究大约80％的女性都未穿戴自己合适的运动文胸，不合适的运动文胸会给乳房造成很大的伤害，短时间内会造成乳房的疼痛，长时间穿着不合身的运动文胸会在运动过程中晃动激烈造成乳房韧带组织被拉长，长此以往甚至导致韧带断裂，使得乳房下垂，是永久不可恢复的。在运动过程中，胸部的摆动是不可避免的，重量和跳跃幅度都会大大增加，根据研究显示每奔跑1英里，乳房的移动距离可达到134米，短跑过程中胸部最大的振动幅度可达到14厘米。这些穿着过程中和运动过程中乳房振动较大是没有合身的运动文胸给乳房足够的支撑和束缚，但是过大的束缚会给乳房过大的压力从而造成乳房的不舒适性，因此研究静态穿着及动态跑步运动文胸对乳房的受力分析具有重要意义。
2001年Li Y，X Zhang构建了运动文胸穿着过程的动态接触模型；2002年X Zhang，K.W.YEUNG构建了3D动态服装压力数值模拟模型；2013年Li-Hua Chen,Sun-Pui Ng提出了通过使用三维(3D)动态人体模型(FEM)模拟非线性胸部运动的方法。构建了具有皮肤层和乳房的胸部模型，并应用超弹性材料来模拟乳房的大变形结果；2016年邱江元构建有限元接触模型模拟运动文胸在静态穿着和动态下乳房的受力状态，但是在动态下只是将人体胸部的运动位移作为边界条件来进行模拟，并没有考虑跑步过程中人体与地面的力学关系。
发明内容
本发明的目的是提供一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法，该方法通过构建三维人体动力学模型和人体胸部与运动文胸接触有限元模型，运用Adams-to-Marc联合仿真接口把Adams精确的边界条件传递给Marc模型中的装配体，通过数据交换的方式，引入Marc模拟部件或装配体的非线性行为，准确捕捉应变能，并获取乳房变形。
本发明所采用的技术方案是，一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法，具体包括如下步骤：
步骤1，通过获取人体各部位的尺寸，运用参数化方法获取人体曲面片模型，并对人体曲面片模型进行处理；
步骤2，运用人体尺寸数据绘制二维运动文胸的纸样图，并对二维运动文胸纸样进行虚拟试穿，获取运动文胸的曲面模型；
步骤3，获取运动文胸在拉伸前未变形的运动文胸尺寸，即穿着后经过回弹成未变形的运动文胸，此时的运动文胸对人体处于无预紧力状态，找到后比和肩带的分割线，运用曲面分割的方法画曲线进行分割；
步骤4，对人体模型各组织进行分割，进行网格划分，设置接触边界，构建人体胸部和运动文胸有限元接触模型；
步骤5，求解步骤4所得的有限元接触模型，得到人体胸部及乳房的压力值，并提取压力值作为运动状态下运动文胸对人体压力的初始边界条件；
步骤6，对步骤1获得的人体曲面片模型进行精确处理后，运用人体解剖学和运动机理将人体模型进行切割，获取人体多体动力学运动模型；
步骤7，将步骤4中的人体胸部有限元模型和步骤2中获取的运动文胸模型进行网格划分装配，设置边界条件和接触条件，构建动态下人体胸部和运动文胸有限元接触模型；
步骤8，设置Adams和Marc的交互点Gforce点和Node点，创建接口配置脚本发明件，运行脚本发明件进行仿真；
步骤9，Adams和Marc通过数据接口进行交互计算，Adams将人体计算的位移和力传递给Marc作为边界条件，计算出穿着运动文胸后乳房的动态受力变化云图。
本发明的特点还在于：
步骤1的具体步骤为：
步骤1.1，对人体模型进行数据测量；
步骤1.2，将步骤1.1中获取的人体数据导入参数化人体建模软件V-stitcher中，生成人体全身的曲面模型；
步骤1.3，将步骤1.2中生成的人体曲面模型进行切分处理，保留胸部曲面模型；
步骤1.4，对保留的人体胸部曲面模型进行曲面处理，获取光滑的人体胸部曲面模型。
步骤2的具体过程为：
步骤2.1，根据步骤1中测量的人体尺寸构建运动文胸前后片二维样板；
步骤2.2，根据生成的二维样板对步骤1生成的参数化模特进行试穿，
步骤2.3，将试穿的运动文胸模型进行保存，保存为曲面片模型。
步骤3的具体过程为：
步骤3.1，将运动文胸剪开，附着在模特的胸部位置，获取运动文胸的后比穿着后和肩带的变形尺寸；
步骤3.2，将步骤2.3中的运动文胸曲面模型依次进行三角面片、精确曲面、构造格栅及拟合曲面片处理；
步骤3.3，根据步骤3.1中获取的运动文胸后比和肩带的变形量对运动文胸曲面进行分割，此时的运动文胸对人体处于无预紧力状态，找到后比和肩带的分割线，参照运动文胸肩带的变形量进行分割，运用曲面分割的方法画曲线进行分割。
步骤4的具体过程为：
步骤4.1，将步骤1.4中处理完成的人体胸部模型进行分割，运用三维建模软件SolidWorks采用实体切割的方法分别生成人体躯干模型和乳房模型；
步骤4.2，将步骤4.1中生成的人体躯干模型、乳房模型及步骤3.3中生成的运动文胸进行网格划分；
步骤4.3，将步骤4.2中的网格模型导入有限元软件Marc中，将步骤3.1中测量的运动文胸后比及肩带变形量作为位移边界条件输入，设置接触条件，完成人体胸部和运动文胸有限元接触模型的建立。
步骤5的具体过程为：
步骤5.1，将步骤4中建好的有限元模型进行仿真计算，获取人体穿着运动文胸的受力云图；
步骤5.2，将步骤5.1中获取的运动文胸对人体压力进行提取，提取节点上的压力值作为动态仿真的初始受力条件。
步骤6的具体过程为：
步骤6.1，将步骤1中处理完成的人体模型按照人体解剖学进行切割，切割部位为髋关节、膝关节和踝关节；
步骤6.2，将步骤6.1生成的各部件导入Adams中，各部件连接部位采用运动副连接，脚与地面之间采用碰撞接触设置，获得人体运动多体动力学模型。
步骤7的具体过程为：
步骤7.1，将步骤4.1中进行划分完成的人体各组织实体模型进行网格划分，将步骤2.3中生成的完整运动文胸模型进行网格划分；
步骤7.2，将步骤7.1中划分的网格模型导入有限元软件Marc中进行装配，并将步骤5.2中的边界条件设置在运动文胸上为初始边界，设置模型之间的接触关系，最终生成动态下人体胸部和运动文胸有限元接触模型。
步骤8的具体过程为：
步骤8.1，设置人体多体动力学模型的与有限元模型之间的连接交互节点，交互节点的创建位置选取在人体胸部剑突点；
步骤8.2，创建接口配置脚本发明件configuration.bat及运行脚本发明件。
步骤9的具体过程为：
步骤9.1，Adams和Marc通过数据接口进行交互计算，运行脚本发明件的顺序为启动configuration.bat、启动Adams.bat文件和启动Marc.bat文件；
步骤9.2，运行计算完成，提取计算结果，在运动状态下运动文胸对人体胸部的受力分析云图。
本发明的有益效果是，采用本发明的方法采用参数化建模方法可以快速构建出三维人体模型，并通过三维实体软件可快速构建出人体的组织结构；根据人体尺寸构建出运动文胸二维平面纸样面片，并通过虚拟试衣软件进行运动文胸试穿，实时调整，生成合体的运动文胸模型，获取运动文胸在拉伸前未变形的运动文胸尺寸，运动文胸对人体处于无预紧力状态，即穿着后经过回弹成未变形的运动文胸，将其作为建立初始未变形运动文胸的尺寸，将试穿的运动文胸按照以上尺寸进行切割，生成变形前的运动文胸；通过后带及肩带的位移变化作为有限元模型构建的约束条件，用以模拟运动文胸穿着过程，从而得到乳房及人体的压力位移分布情况，将此时的压力分布情况作为穿着运动文胸后人体运动下运动文胸对人体受力分析仿真的初始边界条件；构建了人体2km/h的速度下人体行走的多体动力学模型，并将该模型与有限元接触模型进行联合仿真，构建联合仿真接口，最终获取动态下运动文胸对人体胸部的受力分析变化云图。
附图说明
图1为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法中预测运动状态下运动文胸对乳房受力状态分布方法的大致流程图；
图2(a)、2(b)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体关键尺寸测量图；
图3(a)、(b)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体全身曲面模型图；
图4(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体胸部曲面图；
图5为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体胸部拟合曲面图；
图6为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的运动文胸前后片二维样板图；
图7(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的运动文胸虚拟试穿图；
图8(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的运动文胸曲面模型图；
图9为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的运动文胸剪开贴合在模特上的位置图；
图10(a)、10(b)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的运动文胸切割为变形前尺寸曲面模型图；
图11(a)、11(b)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体躯干模型和乳房模型图；
图12(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体躯干网格模型、乳房网格模型和运动文胸网格模型图；
图13(a)～(d)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的有限元接触模型位移边界条件图；
图14为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体胸部和运动文胸有限元接触模型图；
图15(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的乳房压力分布图；
图16(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体压力分布图；
图17(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的人体各组织关节装配体模型图；
图18(a)～(c)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例中的关节角位移曲线图；
图19为本发明一种运动状态下人体运动多体动力学模型与人体胸部接触有限元模型连接点GForce创建在人体胸部的剑突点示意图；
图20为本发明一种运动状态下运动文胸网格划分模型；
图21为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例的动态下联合仿真人体胸部和运动文胸有限元接触模型图；
图22为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例的人体多体动力学模型的与有限元模型之间的连接交互节点图；
图23(a)、(b)为本发明一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法实施例的运动状态下运动文胸对人体胸部的受力分析云图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种预测运动状态下运动文胸对乳房的受力状态研究方法，该方法的分析流程如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1：通过获取人体各部位的尺寸，运用参数化方法获取人体曲面片模型，并对人体曲面片模型进行处理；步骤1.1：为了构建人体胸部有限元模型及人体多体动力学模型，对人体模型进行数据测量，主要对人体关键点的标注测量，如图2所示，图2(a)为人体各部位围度测量示意图；图2(b)为人体各部位长度测量示意图；步骤1.2，将步骤1.1中获取的人体数据导入参数化人体建模软件V-stitcher中，生成人体全身的曲面模型，如图3所示，图3(a)为人体正面曲面模型，图3(b)为人体背面曲面模型；步骤1.3，将步骤1.2中生成的人体曲面模型进行切分处理，保留胸部曲面模型，如图4所示；图4(a)曲面模型的正面，图4(b)为曲面模型的背面，图4(c)为曲面模型的侧面；步骤1.4，对保留的人体胸部曲面模型进行曲面处理，获取更加光滑精确的人体胸部曲面模型，如图5所示，处理的过程主要包括三角面片处理，精确曲面，构造格栅，拟合曲面片的过程。
步骤2，运用人体尺寸数据绘制运动文胸的纸样图，并对二维运动文胸纸样进行虚拟试穿，获取运动文胸的曲面模型；步骤2.1，根据步骤1中测量的人体尺寸构建运动文胸前后片二维样板，如图6所示；步骤2.2，根据生成的二维样板对步骤1生成的参数化模特进行试穿，如果试穿不合体，对二维样板进行修复，直到试穿合体为止；试穿结果如图7所示；图7(a)为正面的试穿效果，图7(b)为侧面的试穿效果，图7(c)为背面的试穿效果；步骤2.3，将试穿的运动文胸模型进行保存，保存为曲面片模型，便于对模型进行处理，保存的曲面模型如图8所示。图8(a)为曲面模型的正面视图；图8(b)为曲面模型的背面视图；图8(c)为曲面模型的侧面视图；
步骤3，获取运动文胸在拉伸前未变形的运动文胸尺寸，即穿着后经过回弹成未变形的运动文胸，此时的运动文胸对人体处于无预紧力状态，找到后比和肩带的分割线，运用曲面分割的方法画曲线进行分割；步骤3.1，如图9所示，将运动文胸剪开，附着在模特的胸部位置，获取运动文胸的后比穿着后和肩带的变形尺寸，以便构建未变形前的运动文胸模型；步骤3.1中运动文胸的拉伸变化尺寸获取步骤如下所示：(1)材料的选取；选取的是专业的中强度运动文胸(面料成分为80％的聚酯纤维，20％的氨纶)作为本发明的运动文胸样本。(2)拉伸位移的测量；为了能够测出运动文胸穿着后拉伸的位移变化，将运动文胸的肩带与后带相连处剪开，将后带沿中心处剪开，以便测量其拉伸的位移。位移的测量分为以下两个步骤所示：1、将剪开后的运动文胸按照对应点贴合在软体假人的胸部，以便进行三维扫描建立运动文胸的模型以及测量运动文胸需要拉伸的位移大小。2、将贴合好的运动文胸通过对肩带及后带的拉伸到对应的位置来测量位移的变化量，①首先对后带进行拉伸，其中将左侧肩带1及右侧肩带2贴着后背皮肤同时向中间拉伸，拉伸至后背中间位置3并左右侧后带连接上为止，测量左侧后带及右侧后带均需要向中间拉伸20mm。②将左右两侧肩带贴着皮肤向下拉伸，拉伸至肩带与后带相连接上位置，测得均需拉伸长度为30mm。步骤3.2，将步骤2.3中的运动文胸曲面模型进行处理，主要包括三角面片处理，精确曲面，构造格栅，拟合曲面片的过程。步骤3.3，根据步骤3.1中获取的运动文胸后比和肩带的变形量对运动文胸曲面进行分割，此时的运动文胸对人体处于无预紧力状态，找到后比和肩带的分割线，参照运动文胸肩带的变形量进行分割，运用曲面分割的方法画曲线进行分割，分割后的运动文胸模型如图10所示；图10(a)为分割后的文胸模型侧面；图10(b)为分割后的文胸模型背面；
步骤4，对人体模型各组织进行分割，进行网格划分，接触边界设置，构建人体胸部和运动文胸有限元接触模型；步骤4.1，将步骤1.4中处理完成的人体胸部模型进行分割，运用三维建模软件SolidWorks采用实体切割的方法分别生成人体躯干模型和乳房模型，得到的人体组织模型如图11所示；图11(a)为分割后的人体组织模型侧面；图11(b)为分割后的人体组织模型俯视图；步骤4.2，将步骤4.1中生成的人体躯干模型、乳房模型及步骤3.3中生成的运动文胸进行网格划分，网格划分后的人体躯干网格模型如图12(a)所示、乳房网格模型如图12(b)所示、运动文胸网格模型如图12(c)所示；步骤4.3，将步骤4.2中的网格模型导入有限元软件Marc中，将步骤3.1中测量的运动文胸后比及肩带变形量作为位移边界条件输入，设置各部件之间的接触条件，完成人体胸部和运动文胸有限元接触模型的建立，建立的有限元接触模型如图14所示。步骤4.3中有限元模型建立的具体步骤如下所示：建立有限元模型是为了能够模拟出真实的效果，其中几何实体模型的建立以及模型材料参数对结果的精度影响较大。为了能够真实的模拟出运动文胸穿着过程中的人体压力及位移的变化，将人体的各部位组织模型进行了构建，如步骤4.2中构建的离散的网格模型，对各组织实体模型进行网格划分并赋予材料参数，几何特征从而生成有限元人体模型，分别对人体躯干，乳房，运动文胸赋予相应的材料参数。人体躯干及运动文胸有限元模型材料参数的设置如表1所示：
表1
Figure BDA0003141023360000121
Figure BDA0003141023360000131
乳房有限元模型材料参数的设置如表2所示：
表2
组织 参数 数值
乳房 密度(Kg/m3) 1000
C10(Kpa) 0.05
C01(Kpa) 0.052
C11(Kpa) 0.375
C20(Kpa) 0.78
对于人体各组织间及人体与运动文胸间的复杂接触关系设置如下表3所示：
表3
各组织模型 文胸 乳房 躯干
运动文胸 接触 接触
乳房 接触 粘接
躯干 接触 粘接
约束条件的施加与求解：运用MSC.Marc进行有限元仿真，其求解器主要用于非线性静力学求解，适合对于人体这种材料非线性的模型，通过加载肩带位移及后带位移约束来实现运动文胸对人体的压力，加载位置及方向如图13所示，图13(a)为左后带位移加载的状态图；图13(b)为右后带位移加载的状态图；图13(c)为左肩带加载的状态图；图13(d)为右肩带加载的状态图；其它的约束为对人体6个自由度的固定，对运动文胸下围织带Y向位移的固定及乳房的重力添加。在分析工况中建立静力学分析，选择大变形且存在跟随力，求解方法选择牛顿拉夫森方法。创建分析任务，选取以上创建的载荷条件，分析工况，选取求解后需要输出的压力，位移参数，检查模型无错误后进行提交运算。
步骤5，有限元接触模型的求解计算，得到人体胸部及乳房的压力值，并提取压力值作为运动状态下运动文胸对人体压力的初始边界条件；步骤5.1，将步骤4中建好的有限元模型进行仿真计算，获取人体穿着运动文胸后的受力云图(压力云图、位移云图)如15、16所示，图15(a)为乳房侧面压力分布图；图15(b)为乳房外表面压力分布图；图15(c)为乳房内表面压力分布图；图16(a)为人体的俯视方位压力图；图16(b)为人体的背面压力分布图；图16(c)为人体的正面压力分布图；步骤5.2，将步骤5.1中获取的运动文胸对人体压力进行提取，提取节点上的压力值作为动态仿真的初始受力条件。
步骤6，对步骤1获得的人体曲面片模型精确处理后，运用人体解剖学和运动机理将人体模型进行切割，获取人体多体动力学运动模型；步骤6.1，为了构建人体多体动力学模型，将步骤1中处理完成的人体模型按照人体解剖学进行切割，人体运动是按照关节部位进行驱动的，即切割部位为髋关节、膝关节和踝关节，如图17所示；图17(a)为人体模型的正视图；图17(b)为人体模型的侧视图；图17(c)为人体模型的后视图；步骤6.2，将步骤6.1生成的各部件导入Adams中，各部件连接部位采用运动副连接，并添加角度变化作为驱动，脚与地面之间采用碰撞接触设置，完成人体运动多体动力学模型。具体实施方案如下：1)人体动力学模型质量和转动惯量的定义；要分析人体的运动，惯性参数是必不可少的，人体的惯性参数主要包括：人体质量，质心位置以及转动惯量。人体的各个部位组织质量与人体体重之间存在相关的比例关系，如下表4所示，计算出人体各部位的质量。根据《中国正常人体惯性参数测定和大样本统计》及《中国成年人人体质心的研究》中提到人体各部分质量与转动惯量之间存在相关关系，如下式所示，从而计算出人体各部位的转动惯量。
表4人体各个部分质量
人体结构 头、脖子、躯干 大腿 小腿 脚
占体重百分比/％ 53.42 11.18 4.39 1.83
质量(kg) 27.07 9.77 2.99 0.95
大腿的质量：m＝-0.093+0.152X1-0.0004X2
大腿质心：mc＝-122.52-0.310X1+0.235X2
小腿的质量：m＝-0.834+0.061X1-0.0002X2
小腿的质心：m＝23.47+0.5X1+0.095X2
大腿转动惯量：
Figure BDA0003141023360000161
小腿转动惯量：
Figure BDA0003141023360000162
上式中：X1—体重，kg；X2—身高，cm；JX—绕X方向的转动惯量，kg.cm2；JY—绕Y方向的转动惯量，kg.cm2；Jz—绕Z方向的转动惯量，kg.cm2；转动惯量可通过以上公式计算得到，本发明的转动惯量如下表5所示：
表5人体各个部分的转动惯量
人体结构 JX JY JZ
躯干 581.7 429.7 277.8
大腿 156.3 156.3 32.1
小腿 36.5 35.1 6.0
脚 0.63 2.5 2.7
(2)动力学模型约束的添加及关节驱动的创建：将人体膝关节、髋关节及踝关节设置为转动副，并在转动副上添加关节驱动。临床步态分析(CGA)关节角度数据，CGA关节数据是通过运动捕捉系统进行采集的，CGA关节扭矩是通过肢体质量和转动惯量应用动力学方程计算得出，在运动分析中采用国际生物力学学会、香港理工大学及英国邓迪肢体配件中心的CGA数据。实验将模拟在2km/h的速度下人体的行走状况，采取的关节角位移曲线如下图18所示，图18(a)为髋关节角度变化曲线，图18(b)为膝关节角度变化，图18(c)为踝关节交底变化曲线；在Adams中选取CUBSPL控制函数，其中Spline_name表示输入的曲线，Derivative Order表示插值点的微分阶数，一般用0表示。对于关节的驱动Spline曲线是角位移随时间变化的曲线，因此自变量1为时间time，并没有第二个自变量值为0，曲线选择导入的角位移曲线，最终生成的CUBSPL控制函数为CUBSPL(time,0,.MODEL_1.time,0)。
(3)脚与地面的接触：人体模型在地面上行走人体自身具有重力，地面对人体具有向上的支撑力，同时人的脚会与地面产生摩擦力，力学分析相对比较复杂，在Adams中运用contact函数来计算接触力，设置的人脚与地面的接触力参数，设置的参数主要两个物体的刚度，阻尼系数，动摩擦系数。
(4)Adams中交互点的创建：在联合仿真过程中需要在Adams和Marc中分别创建对应的交互节点，以便力和位移信息的传递。在Adams中交互节点是通过General Force创建，它是一个6自由度的节点力和力矩输入方式，包括三个方向的力和三个方向的力矩，能够完全将人体运动过程中的移动和旋转传递给Marc软件中的离散胸部模型中去。GeneralForce点创建在人体胸部的剑突点，General Force的创建方法和创建结果如图19所示。
步骤7，将步骤4中的人体胸部有限元模型和步骤2中获取的运动文胸模型进行网格划分装配，设置边界条件和接触条件，构建动态下人体胸部和运动文胸有限元接触模型；步骤7.1，将步骤4.1中进行划分完成的人体各组织实体模型进行网格划分，将步骤2.3中生成的完整运动文胸模型进行网格划分，划分的网格模型如图20所示；
步骤7.2，将步骤7.1中划分的网格模型导入有限元软件Marc中进行装配，并将步骤5.2中的边界条件设置在运动文胸上为初始边界，设置模型之间的接触关系，最终生成动态下人体胸部和运动文胸有限元接触模型，如图21所示。
步骤8，设置Adams和Marc的交互点Gforce点和Node点，创建接口配置脚本文件，运行脚本文件进行仿真；
步骤8.1，设置人体多体动力学模型的与有限元模型之间的连接交互节点，交互节点的创建位置选取在人体胸部剑突点，交互点创建位置如图22所示；
步骤8.2，创建接口配置脚本configuration.bat及运行脚本，分别创建的Adams、Marc及configuration脚本；
步骤9，Adams和Marc通过数据接口进行交互计算，Adams将人体计算的位移和力传递给Marc作为边界条件，计算出穿着运动文胸后乳房的动态受力变化云图。步骤9.1，Adams和Marc通过数据接口进行交互计算，运行脚本发明件的顺序为启动configuration.bat、启动Adams.bat文件和启动Marc.bat文件。步骤9.2，运行计算完成，提取计算结果，在运动状态下运动文胸对人体胸部的受力分析云图(压力云图、位移云图)如23所示，图23(a)为文胸对人体胸部的表面压力云图，图23(b)为文胸对人体胸部的内侧压力云图。

Claims (1)

1.一种运动状态下运动文胸穿着受力状态分析方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，通过获取人体各部位的尺寸，运用参数化方法获取人体曲面片模型，并对人体曲面片模型进行处理；
所述步骤1的具体步骤为：
步骤1.1，对人体模型进行数据测量；
步骤1.2，将步骤1.1中获取的人体数据导入参数化人体建模软件V-stitcher中，生成人体全身的曲面模型；
步骤1.3，将步骤1.2中生成的人体曲面模型进行切分处理，保留胸部曲面模型；
步骤1.4，对保留的人体胸部曲面模型进行曲面处理，获取光滑的人体胸部曲面模型；
步骤2，运用人体尺寸数据绘制二维运动文胸的纸样图，并对二维运动文胸纸样进行虚拟试穿，获取运动文胸的曲面模型；
所述步骤2的具体过程为：
步骤2.1，根据步骤1中测量的人体尺寸构建运动文胸前后片二维样板；
步骤2.2，根据生成的二维样板对步骤1生成的参数化模特进行试穿，
步骤2.3，将试穿的运动文胸模型进行保存，保存为曲面片模型；
步骤3，获取运动文胸在拉伸前未变形的运动文胸尺寸，即穿着后经过回弹成未变形的运动文胸，此时的运动文胸对人体处于无预紧力状态，找到后比和肩带的分割线，运用曲面分割的方法画曲线进行分割；
所述步骤3的具体过程为：
步骤3.1，将运动文胸剪开，附着在模特的胸部位置，获取运动文胸的后比穿着后和肩带的变形尺寸；
步骤3.2，将步骤2.3中的运动文胸曲面模型依次进行三角面片、精确曲面、构造格栅及拟合曲面片处理；
步骤3.3，根据步骤3.1中获取的运动文胸后比和肩带的变形量对运动文胸曲面进行分割，此时的运动文胸对人体处于无预紧力状态，找到后比和肩带的分割线，参照运动文胸肩带的变形量进行分割，运用曲面分割的方法画曲线进行分割；
步骤4，对人体模型各组织进行分割，进行网格划分，设置接触边界，构建人体胸部和运动文胸有限元接触模型；
所述步骤4的具体过程为：
步骤4.1，将步骤1.4中处理完成的人体胸部模型进行分割，运用三维建模软件SolidWorks采用实体切割的方法分别生成人体躯干模型和乳房模型；
步骤4.2，将步骤4.1中生成的人体躯干模型、乳房模型及步骤3.3中生成的运动文胸进行网格划分；
步骤4.3，将步骤4.2中的网格模型导入有限元软件Marc中，将步骤3.1中测量的运动文胸后比及肩带变形量作为位移边界条件输入，设置接触条件，完成人体胸部和运动文胸有限元接触模型的建立；
步骤5，求解步骤4所得的有限元接触模型，得到人体胸部及乳房的压力值，并提取压力值作为运动状态下运动文胸对人体压力的初始边界条件；
所述步骤5的具体过程为：
步骤5.1，将步骤4中建好的有限元模型进行仿真计算，获取人体穿着运动文胸的受力云图；
步骤5.2，将步骤5.1中获取的运动文胸对人体压力进行提取，提取节点上的压力值作为动态仿真的初始受力条件；
步骤6，对步骤1获得的人体曲面片模型进行精确处理后，运用人体解剖学和运动机理将人体模型进行切割，获取人体多体动力学运动模型；
所述步骤6的具体过程为：
步骤6.1，将步骤1中处理完成的人体模型按照人体解剖学进行切割，切割部位为髋关节、膝关节和踝关节；
步骤6.2，将步骤6.1生成的各部件导入Adams中，各部件连接部位采用运动副连接，脚与地面之间采用碰撞接触设置，获得人体运动多体动力学模型；
步骤7，将步骤4中的人体胸部有限元模型和步骤2中获取的运动文胸模型进行网格划分装配，设置边界条件和接触条件，构建动态下人体胸部和运动文胸有限元接触模型；
所述步骤7的具体过程为：
步骤7.1，将步骤4.1中进行划分完成的人体各组织实体模型进行网格划分，将步骤2.3中生成的完整运动文胸模型进行网格划分；
步骤7.2，将步骤7.1中划分的网格模型导入有限元软件Marc中进行装配，并将步骤5.2中的边界条件设置在运动文胸上为初始边界，设置模型之间的接触关系，最终生成动态下人体胸部和运动文胸有限元接触模型；
步骤8，设置Adams和Marc的交互点Gforce点和Node点，创建接口配置脚本发明件，运行脚本发明件进行仿真；
所述步骤8的具体过程为：
步骤8.1，设置人体多体动力学模型的与有限元模型之间的连接交互节点，交互节点的创建位置选取在人体胸部剑突点；
步骤8.2，创建接口配置脚本发明件configuration.bat及运行脚本发明件；
步骤9，Adams和Marc通过数据接口进行交互计算，Adams将人体计算的位移和力传递给Marc作为边界条件，计算出穿着运动文胸后乳房的动态受力变化云图
所述步骤9的具体过程为：
步骤9.1，Adams和Marc通过数据接口进行交互计算，运行脚本发明件的顺序为启动configuration.bat、启动Adams.bat文件和启动Marc.bat文件；
步骤9.2，运行计算完成，提取计算结果，在运动状态下运动文胸对人体胸部的受力分析云图。
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