[發明專利]基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法

在審

• 申請號: 201810327552.1
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108520558A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 詹振飛;李君明;董闊;董文祥;郭鋼;方宇東;楊俊祺
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法，屬于汽車被動安全領域。該方法具體包括以下步驟：S1：基準模型及特征人體有限元模型標志點選取；S2：對自適應RBF網格變形，確定RBF網格變形函數；S3：確定了RBF網格變形函數之后，將基準人體有限元模型上的節點通過空間變形方式插值到新的空間位置，加入組織材料屬性，得到特征人體有限元模型。本發明極大地簡化了特征人體有限元模型建模的流程，縮短了建模時間，節省了建模成本；同時與其它網格變形技術相比，本發明最大程度的保證了模型網格的質量。

技術領域

本發明屬于汽車被動安全領域，涉及一種應用于被動安全仿真模擬中特征人體有限元模型的快速建模方法。

背景技術

交通事故已經成為威脅人們生命安全的重要因素之一，乘員約束系統在交通事故中起到了極大保護車內乘員的作用。人體數值模型(主要是有限元模型)為乘員約束系統的設計以及其性能的評估、優化提供了一種很好的工具。而現有乘員約束系統的設計一般側重于保護50百分位成人人群，并未考慮乘員體型的多樣性，而乘員的體型對交通事故損傷有著很大的影響，如在遭受同樣的交通事故肥胖乘員受傷害的程度普遍高于正常體型的乘員。為了在交通事故中更好的保護各種體型的乘員，有必要建立針對各年齡段各種體型(包括肥胖、瘦小等體型)的人體有限元模型以用于提升乘員約束系統性能的設計優化。

目前關于用于碰撞仿真中人體有限元模型的建模主要分為三個步驟：CAD模型建立、網格劃分以及添加材料屬性和邊界條件，該建模過程十分耗時耗力。隨著計算機技術的發展，網格變形技術在各行各業得到了廣泛的應用。基于現有的50百分位人體有限元模型，采用網格變形技術在保持網格精度的情況下快速建立各種體型的人體有限元模型具有廣闊的應用前景。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于自適應RBF的網格變形技術，在無需重新劃分網格并且保持網格質量的條件下，快速的改變基準人體有限元模型尺寸，生成特征人體有限元模型。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于自適應RBF網格變形技術的特征人體有限元建模方法，具體包括以下步驟：

S1：基準模型及特征人體有限元模型標志點選取；

S2：對自適應RBF函數網格變形，確定RBF網格變形函數；

S3：確定了RBF網格變形函數之后，將基準人體有限元模型上的節點通過空間變形方式插值到新的空間位置，加入組織材料屬性，得到特征人體有限元模型。

進一步，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11：確定待建立人體有限元模型的基本人體測量參數，包括年齡、性別、身高、體重等；

S12：將人體有限元模型劃分為幾個部分，包括頭部、頸部、胸部、腹部、臀部、大腿、小腿、上臂、前臂，然后基于相關人體測量數據庫、基準模型和待建模型的各部位尺寸，并根據這些尺寸確定基準模型和待建模型之間的縮放比；

S13：在HyperMesh中提取基準模型的外表面，并根據尺寸縮放比對相應的部位進行縮放，此項功能通過HyperMorph實現；

S14：對上述身體部位之間的區域進行平滑處理，生成待建模型的外表面模型，在基準模型以及特征人體模型表面模型上選取相對應的標志點；

S15：基于相關的肋骨統計數據獲取肋骨的預測模型，在基準模型以及待建模型上選取肋骨標志點，肋骨上標志點坐標通過以下公式獲得：