中国体征人体数字模型(AC-HUMs)是中国汽研主持研发的人体有限元模型。BETA CAE Systems与中国汽研保持紧密合作,前、后处理软件(ANSA/META)会全面支持AC-HUMs系列模型。在软件中提供对应工具用于人体模型的姿态变换,体征缩放,结果响应提取等。
本文将以AC-HUMs AM50乘员模型为例子,介绍使用ANSA的人体模型姿态调整工具(HBM Articulation Tool)进行定位的过程。
首先,在使用工具前需要准备好对应的metadata文件,该文件用于生成人体关节的运动机构,大家可以发邮件到 betacn.support@cadence.com获取该文件。关于metadata文件以及人体模型姿态调整工具可以查看以往的文章查询更多细节,在本文中只提供必要的步骤描述。
步骤 1
图1 读取metadata文件
步骤 2
在工具中去到Translate界面,此时会自动激活选择模式,选择座椅参考点。选择完毕后点击对号,人体模型会自动将H点匹配到座椅参考点上。若人体模型的朝向不一致,可以去到Rotate界面,选择torso_tree将模型整体围绕H点进行旋转,以调整成正确朝向。
图2 Translate界面
图3 H点匹配以及朝向转换完毕
步骤 3
图4 围绕H点旋转
步骤4
图5 脊柱调节示意图1
图6 脊柱调节示意图2
步骤 5
图7 颈部调节
步骤 6
接下来去定义手部,涉及到的关节有肩部,肘部,手腕以及手指,需要进行观察并多次尝试角度以得到最佳结果。
图8 肩部调节
图9 肘部调节
步骤 7
去到Rotate界面,找到glenohumeral_joint关节,逐级进行微调,在选择某个关节后,模型会高亮运动部位和目前选定的旋转轴,直接点击鼠标左边拖动即可实现交互式调整,这个方式能够非常高效的实时看到旋转后的位置。值得注意的是,该工具支持手指各个关节的调整,最终能够实现非常高生物逼真度的手部位置定位,能够非常好的模拟握住方向盘的姿势。
图10 手腕调节
图11 上躯干最终姿态
步骤 8
图12 大腿调节示意图1
图13 大腿调节示意图2
图14 大腿调节示意图3
步骤 9
图15 膝部调节
步骤 10
调整完膝部角度后,去到Rotate界面进行脚踝定位。找到acetabulofemoral_joint关节下面的talocrural_joint关节,该关节用于调整脚踝定位。通过三个不同的旋转轴运动能够很好的模型真实脚踝的运动情况。在本示例中对右脚踝的R轴输入-10°进行抬起,模拟右脚放置在油门踏板的操作。
图16 脚踝调节
图17 最终姿态右侧图
图18 最终姿态正面图
图19 最终姿态左侧图
图20 输出节点位置信息
图21 保存在ANSA的多体动力学关键字
总 结
ANSA 的 人体模型姿态调整工具 (HBM Articulation Tool) 得益于内置的先进网格变形算法以及多体动力学求解器的支持, 用户可以在ANSA中快速高效定位 HBM 并操控其肢体。可通过鼠标交互或数值输入实现操作。屏幕上的图形信息为用户提供完成任务所需的重要数据,如肢体的旋转轴、止动角度和当前旋转角度等。相较于传统预仿真方式,能够极大的提高工作效率,并且以十分精准且高生物逼真度的结果呈现,后续还可以配合ASNA其他工具处理与座椅之间的穿透接触。
END
作者 | 黄涛
BETA CAE 工程师
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