赛席位

通过生物力学模型和数值模拟改进飞机乘客座椅舒适性

任何坐过长途飞机的人都知道,让座位尽可能舒适是多么重要。赛峰座椅(前身为Zodiac座椅)以提高飞机上的座椅舒适度为目标,开发了一种新型的飞机座椅,极大地提高了乘客的舒适度。为此,赛峰的工程师使用Altair HyperWorks™套件和生物力学模型来优化结构形状。

在开发飞机座椅时,必须考虑几个关键因素,如人体工程学、机舱布局和生态设计。除此之外,该公司还考虑了环境问题,并将生态设计和轻量化放在了产品开发计划的前列。这一倡议的原因之一是,更轻的座椅有助于减少飞机的燃料消耗。除了重量更轻,座椅主要使用可回收材料生产。

为了进一步提高飞机乘客的质量和舒适度,赛峰使用了数值模拟和Altair HyperWorks™套件来设计、评估和优化座椅。这使得赛峰座椅的设计师能够评估他们的座椅结构在静态和动态应力下的行为,以及座椅部件的热成型和冲压的可行性。

安慰是关键

凭借全球知名的商务舱专业技术,赛峰座椅设计、认证和组装创新、可定制和高附加值的产品。该部门利用强大的国际存在,并为来自所有市场的客户提供专业知识。他们的产品采用了最先进的设计,并结合了高科技设备,反映出他们决心找到解决座椅市场三大基本挑战的方法:
  • 乘客座椅舒适性和人体工程学的持续改进
  • 为航空公司客户提供个性化的产品
  • 正在进行的优化机舱空间的研究
“在我们的研究和技术部门,我们每天都使用Altair软件来评估座椅在静态和动态载荷下的结构,并评估在座椅部件的制造中使用热成型和冲压的可行性。未来,我们还将使用Altair软件对泡沫材料的厚度、特性和重量进行优化,进一步优化座椅结构,同时仍然牢记舒适性标准。”

-赛峰座椅研发工程师Jeremy Cailleteau

改善座椅人体工程学,减少乘客不适

该公司关注的一个主要问题是飞机乘客的舒适度的优化。此外,飞机座椅市场竞争激烈且较新;高质量的座椅必须尽快推向市场。为了评估座椅的人体工程学质量,工程师们需要一种可以模拟所有生物力学不适源的工具,比如座椅乘客的大腿内部软组织受到压迫。

用生物力学模型评估座椅设计

用数值模拟方法对座椅设计进行评估是一种快速有效的优化方法,可用于优化乘客大腿内部软组织压迫等因素。设计师们依靠Altair的HyperWorks套件来模拟生物力学因素。软组织压缩,这个正在研究的因素,可以通过应用两个参数来估计:外部接触压力和直接组织应变。为了处理这种模拟,工程师们创建了两种模型,用它们来估计每一种不适因素。通过使用Altair解决方案并结合仿真输出和几个不适因素之间的关系,该工具能够提供人体工程学质量的量化。根据这些结果和见解,工程师能够优化座椅设计和材料,从而减少乘客坐在这些座椅上的潜在不适。总之,使用Altair HyperWorks套件创建的模型使工程师能够评估结构行为,并对以下主题获得有价值的见解:
  • 建立一个估计接触压力的通用模型
  • 通过对骨盆-大腿区域的骨骼和软组织结构的统计分析,建立了一个参数化的人体模型。
利用36人的扫描数据建立模型数据库。由于这种方法,任何人体测量可以模拟接受座椅接触压力,并对座椅的人体工程学进行初步评估。比如对坐着的乘客大腿内部软组织的压迫。

内部应变估计的详细模型

一个详细的模型,50百分位男性已经建立从核磁共振图像。这个模型包含了所有肌肉和脂肪组织的精确解剖。利用该模型,可以近似计算不同组织层的内部应变,从而估算出施加在组织上的载荷。比如对坐着的乘客大腿内部软组织的压迫。

接触压力验证

通过对一组12人的座椅压力与实测座椅压力的比较,验证了参数化模型的正确性。这是用Altair Radioss™求解器模拟的。利用该模型,可以预测12名受试者的接触压力,其估计最大压力的平均误差为16%。比如对坐着的乘客大腿内部软组织的压迫。

MRI应变验证

通过对软组织应变模拟与MRI测量结果的比较,验证了详细模型的正确性。测量了不同荷载工况和不同位置的应变。该模型可以很好地模拟坐位时的应变,错误率小于19%。比如对坐着的乘客大腿内部软组织的压迫。

更深刻的见解带来更快的发展

使用Altair HyperWorks产品套件,赛峰能够深入了解各种感兴趣的领域,如接触压力或结构应变。特别是,Altair软件使设计团队能够评估座椅结构在静态和动态应力下的整体行为,以及热成型和冲压的可行性。此外,通过使用Altair HyperWorks开发生物力学模型,他们能够实现估计的最大压力的平均误差为16%,内部应变的估计误差小于19%。除了提供更深刻的见解,数值模拟帮助工程师快速有效地解决开发问题。由于对结果的高度满意度,赛峰座椅在未来将继续使用牛郎星工具优化泡沫厚度、特性和重量,以进一步提高飞机乘客座椅的舒适度。增加模拟的使用,特别是Altair HyperWorks套件,将引导他们的工程师更快的开发,从而缩短上市时间。

模型形状演化与BMI

人体下半身的生物力学模型

模拟结果包括软组织压缩,外部接触压力估计和直接组织应变

运动捕捉实验

比较受试者的测量压力(左)和模拟压力(右)

一个详细的模型,50百分位男性已经建立磁共振成像