(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210732408.2 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市长春高新技术 产业开发区前进大街269 9号 (72)发明人 任金东　张天明　戚诗敏　潘博宇　 杜若愚　郭思媛　刘欣　 (74)专利代理 机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 专利代理师 刘世纯 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向目标体压分布的接触型面设计方 法 (57)摘要 本发明公开了一种面向目标体压分布的接 触型面设计方法， 属于工业设计技术领域， 包括 建立人体生物力学有限元模型； 体表施加目标体 压分布； 提取变形后体表； 确定接触面材料力学 特性； 确定接触面材料力学特性； 添加变形补偿 量并拟合表 面。 本发明的接触型面设计方法能够 在接触材料已知 的前提下所设计出的型面基本 直接实现面向目标人群的目标体压分布， 从而避 免了有目标接触体压分布需求的接触型面设计 的盲目性， 也尽可能减少该类接触型面设计过程 中的设计迭代次数， 从而实现设计过程的方便快 捷以及节约设计开发时间与成本的目的。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115033938 A 2022.09.09 CN 115033938 A 1.一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特 征在于， 具体包括如下步骤： 步骤一： 建立人体生物力学有限元模型； 步骤二： 体表 施加目标体压分布； 步骤三： 提取变形后体表； 步骤四： 确定 接触面材 料力学特性； 步骤五： 确定变形后最小厚度及变形补偿量； 步骤六： 添加变形补偿量并拟合表面。 2.如权利要求1所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 步骤 一所述的建立人体生物力学有限元模型， 具体包括如下内容： 根据所要设计的接触轮廓， 建立其目标人群的人体生物力学有限元模型， 所述接触轮 廓包括骨骼、 肌肉、 脂肪、 软组织或皮肤， 所述人体生物力学有限元模型为整个人体或与接 触轮廓相接触的部分人体。 3.如权利要求1所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 步骤 二所述的体表 施加目标体压分布， 具体包括如下内容： 根据设计需要确定目标体压分布模式， 将目标体压分布以等体压曲线的方式施加至步 骤一中建立好的人体生物力学有限元模型人体表面， 将人体表面划分为施加不同目标体压 区间的区域。 4.如权利要求3所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 所述 目标体压分布模式的确定应满足体压在接触轮廓上的积分与产生接触体压的外部载荷相 等。 5.如权利要求1所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 步骤 三所述的提取变形后体表， 具体包括如下内容： 将步骤二中施加完目标体压分布的人体生物力学有限元模型提交仿真计算， 计算完成 后提取设计接触区域处变形后体表； 若接触表面为刚性的， 则提取得到的变形后体表即为设计完成的刚性接触型面； 若接 触表面为柔性的， 则保留变形后体表上的等体压曲线并继续进行步骤四。 6.如权利要求1所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 步骤 四所述的确定 接触面材 料力学特性， 具体包括如下内容： 所述的接触面材料力学特性包括压缩应力应变关系、 剪切应力应变关系、 弹性迟滞、 粘 滞力或粘弹性， 并根据上述接触面材料力学特性， 确定材料压强、 厚度和变形量之间的数学 模型。 7.如权利要求6所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 所述 压缩应力应 变关系通过如下 方法得到： 若接触面材 料已经确定， 则通过 单轴压缩实验得到； 若接触面材料未确定， 则通过参数化的材料本构模型进行仿真， 并根据所设置的参数 选取合适的材料。 8.如权利要求1所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 步骤 五所述的确定变形后最小厚度及变形补偿量， 具体包括如下内容： 在步骤三保留的变形后体表上的等体压曲线上提取设计表面采样点， 采样距离小于设权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115033938 A 2计精度允许尺寸； 并根据所提取 的设计表面采样点的坐标获得如下厚度变量： 变形后最小 厚度Tmin及变形基准厚度T0； 所述变形后最小厚度Tmin根据设计 目标或设计经验选取， 所述 变形基准厚度T0为变形后的表面与 变形后最小厚度基准之间的距离； 所述变形后最小厚度 基准为变形后最低采样点所在平面； 则接触面材 料受到体压后产生的变形补偿量ΔT可通过如下公式获得： T＝Tmin+T0+ΔT 其中， T为变形 前的厚度。 9.如权利要求1所述的一种面向目标体压分布的接触型面设计方法， 其特征在于， 步骤 六所述的添加变形补偿量并拟合表面， 具体包括如下内容： 将采样点向接触型面的厚度增大方向平移变形补偿量ΔT的距离得到拟合点， 利用所 有拟合点拟合出不低于G1阶连续的光顺 曲面， 则实现将得到的变形补偿量ΔT添加至变形 后的表面， 且拟合出的曲面即为设计完成的柔 性接触型面。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115033938 A 3