[發明專利]基于有限元法的橡膠文胸鋼圈結構設計方法

有效

• 申請號: 201510971846.4
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105468868B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 陳敏之;姚遠
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

本發明涉及一種基于有限元法的橡膠文胸鋼圈結構設計方法。本發明首先獲取基礎橡膠鋼圈的三維形態，并對基礎橡膠鋼圈進行真人試體，其次利用試體得到的鋼圈三維位移，對鋼圈變形進行有限元仿真分析，最后以三維人體模型的乳底輪廓作為橡膠鋼圈受力變形后的形態基礎，利用仿真分析得到的結果構建未受力的橡膠鋼圈形態。本發明區別于其他金屬鋼圈，立足橡膠的物理屬性，提供了一種具有數學和物理依據的鋼圈結構設計方法，豐富和細化了現有鋼圈的設計。

技術領域

本發明屬于文胸設計技術領域，具體是一種基于有限元法的橡膠文胸鋼圈結構設計方法。

背景技術

由于女性胸部沒有骨骼支撐，因此自然狀態下的胸部可能產生下垂、晃動等現象，給女性造成尷尬和不便。穿著合體的文胸可以很好地改善此現象，在這一過程中，具有合適形態的鋼圈對乳房起到重要的保護、承托和塑形作用。

鋼圈在文胸穿著后會發生變形，最為直觀的變化是鋼圈開口方向的增加。為了保證鋼圈的合體性與舒適性，達到鋼圈的使用目的，就需要保證鋼圈在變形以后的形態與人體乳房下緣輪廓線相吻合。

一般的鋼圈材質為不銹鋼材料，但是由于這種材質加工成的鋼圈材質硬、剛度大，鋼圈尖銳的兩端可能會刺痛乳房，對人體造成傷害。基于這種現象，橡膠材質的鋼圈應運而生，用橡膠材料制作的鋼圈材質柔軟堅韌，變形能力好，不會對人體造成傷害，并且在穿著后仍可保持對乳房的支撐能力。

盡管橡膠鋼圈具有以上優勢，但是橡膠材料和不銹鋼材料的物理性能差異明顯，即使是同一形態的鋼圈由于材質的改變，其變形后的形態也大相徑庭；同時，現有的鋼圈結構一般為二維平面，在鋼圈變形量的計算上缺乏人體數據指導，通常由設計師經驗估算，缺乏理論依據。因此如果橡膠鋼圈的結構設計依然沿用現有鋼圈的設計方法，則鋼圈在穿著后很難與三維的人體乳房下緣輪廓線相吻合，造成文胸塑形功能的減弱，這也是橡膠鋼圈在推廣應用的一個重要瓶頸。

有限元分析是利用數學近似的方法對真實的物理系統進行模擬和分析，在工程力學問題中應用普遍，目前少有應用有限元方法輔助鋼圈結構設計的研究。對于鋼圈結構來說，由于鋼圈形態為非線性曲線，用普通方式求解鋼圈受力后的位移困難，而有限元方法可以快速解決非線性幾何體的復雜施加條件，同時，有限元方法可以賦予鋼圈對象的物理屬性，能夠較為真實的模擬橡膠材質鋼圈的受力變形，因此有限元分析方法在解決橡膠材質的鋼圈結構設計上是非常適用的。

發明內容

本發明的目的是：針對橡膠鋼圈在結構設計上無法沿用過去經驗、缺乏人體數據指導以及橡膠鋼圈變形量難以估算的問題，提供一種基于有限元方法的橡膠鋼圈結構設計方法，使橡膠鋼圈在穿著后能夠符合人體乳房下緣輪廓線，進而提高文胸鋼圈著裝合體性和舒適性。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案是提供一種在基礎橡膠鋼圈形態的基礎上，結合人體胸部特點進行橡膠鋼圈設計的方法，包括以下步驟：

第一步、基礎橡膠鋼圈形態的獲取：

利用三維掃描設備獲取基礎橡膠鋼圈形態，在三維軟件中建立基礎橡膠鋼圈實體模型；具體是：

步驟1、根據鋼圈形態劃分鋼圈關鍵點，將三維掃描得到的鋼圈的點云數據，導入逆向工程軟件中，并測量鋼圈關鍵點的三維坐標。

步驟2、將鋼圈關鍵點的三維坐標轉換為點群文件，導入到三維軟件中，設計鋼圈寬度、厚度參數，建立基礎橡膠鋼圈三維實體模型。

第二步、基礎橡膠鋼圈試體：

對基礎橡膠鋼圈進行真人試體，找到人體在文胸后比和肩帶拉伸感覺舒適時鋼圈所在位置，利用三維掃描設備獲取鋼圈變形后的形態，標記此時鋼圈關鍵點位置，計算基礎橡膠鋼圈變形前后關鍵點的三維位移。

第三步、基于有限元法的基礎橡膠鋼圈變形仿真分析：