本文结合自行车自主创新需求,以某型公路自行车为对象,借助动力学分析和人体生物力学软件,实现了考虑人体不同骑行姿态的自行车车架结构的合理设计,为自行车设计提供了一定的理论指导。全文工作及结论如下:一、采用实体造型软件Catia,建立了某型公路自行车的三维实体模型;利用生物力学数字仿真软件LifeMOD建立了具有完整的骨骼、关节及肌肉软组织的人体模型;借助动力学分析软件ADAMS建立了人-自行车系统模型,并实现了该系统的动力学仿真。二、采用人体动作捕捉系统,通过骑行实验,获得了人体不同骑行条件下的姿态数据;借助人-自行车系统模型,进行了动力学仿真实验,得到了不同骑行姿态下人体施加于车架鞍座、中轴和车把3处的载荷。实验结果表明:人体以坐姿或趴姿等不同姿态骑行时,其施加于车架上3处的力就会不同,有时相差很大;当鞍座的高度、骑行的速度不同时,也会造成人体的骑行姿态不同,从而使人体施加于车架上3处的载荷也会不同。三、将实验数据与自行车检测标准中设定的数据进行对比分析,结果表明:自行车检测实验中只是简单地将人体体重按固定比例分配在车架鞍座、中轴和车把3处的方法与实际骑行情况有较大区别,从而解释了对于某些车型检测的结果与实际骑行时发生故障的情况很不一致的原因。在此基础上提出了自行车的检测标准应结合不同车型分别制定,为将来自行车检测标准的修订提出了一定的理论指导。四、规定人体以某种特定姿态骑行,获得其施加于车架上的载荷。以所获得的载荷为边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench,对车架进行应力分析。依据车架应力分布情况,以节省材料、减轻质量、车架受力合理为目标,对车架结构进行了改进。该方法为自行车的客户化定制和结构优化设计提供了一定的理论依据。