拖拉机是农业生产的动力源,能够牵引各类作业工具完成农业生产作业。拖拉机作为农业现代化过程中的重要产物,在农业生产中的作用越来越大,为适应农业生产快速发展的需求,拖拉机正在朝着高效化、智能化方向发展。拖拉机的作业环境较复杂,路面起伏大,振动和噪声多,有时为抢农时需要连续长时间作业,这些因素极易造成驾驶员疲劳,影响作业质量和作业效率。研究表明:80%的拖拉机驾驶员都不同程度的患有腰痛、颈椎病、坐疮等职业病。拖拉机座椅作为与驾驶员直接接触的功能件,对驾驶员起支撑和减振的作用。舒适的座椅设计可以使人体体重合理的分布在座椅上,避免大腿下侧神经组织过度受压而产生麻木感,保证臀部血液循环,降低臀部组织溃疡病等职业病发病率,为拖拉机驾驶员提供良好的驾驶条件,减轻工作疲劳,保证作业质量,提高作业效率。体压力即人体体重在座椅界面压力的分布,座椅的几何参数、材料特性和外形轮廓对拖拉机座椅舒适性的影响均可以通过体压分布特性来表征,本文通过有限元法仿真模拟拖拉机驾驶员和座椅间的体压分布。获得拖拉机座椅—驾驶员之间准确的压力分布数值模拟结果关键在于两方面:一是模型建立的准确程度,包括座椅模型和驾驶员人体力学模型。本文通过REOMER绝对关节臂测量机扫描获得拖拉机座椅点云数据的基础上,利用CATIA逆向工程模块建立了拖拉机座椅三维模型;参考中国人体测量学标准(GB-10000-88),选择具有代表性的第50百分位成年男性主要人体测量学数据作为建模依据,从3DsMAX软件模型库中获得人体几何点云数据,利用逆向工程建立了驾驶员软组织和骨骼模型。另一方面是模型属性的准确度,本文参考ASTM标准(D3574-01)和相关研究文献进行了拖拉机座椅填充材料聚氨酯泡沫力学特性试验,获得了聚氨酯泡沫材料本构模型的力学参数;参考国内外学者的研究成果确定人体模型参数,确保数值模拟结果的准确性。本文完成的主要内容如下:(1)座椅填充材料聚氨酯泡沫力学特性试验参考美国材料与试验协会ASTM标准(D3574-01)搭建了试验平台,对拖拉机座椅填充材料聚氨酯泡沫试样进行了 3种应变率下的准静态单轴压缩试验;参考软质泡沫聚合材料硬度测定方法进行了座椅材料试样的压陷硬度试验。建立了3种应变率下的力学模型,得到了座椅填充材料二阶应变能函数有限元仿真模型,分析了单轴压缩条件下应力应变特性,得出了座椅填充材料的压陷硬度特性。(2)座椅表面数据采集与建模采用ROMER绝对关节臂测量机配置ScanWorks V3激光扫面器对拖拉机座椅进行点云数据信息采集,分析了关节臂测量机工作原理和数据采集方法,研究了逆向工程关键技术,点云数据预处理、模型曲线及曲面的重构方法,利用CATIA逆向工程技术建立座椅三维模型(3)拖拉机驾驶员人体软组织和骨骼模型建模参考我国成年人人体测量学尺寸中对人体模型影响较大的32项人体主要测量数据,选择符合拖拉机驾驶员驾驶要求的18～60周岁具有代表性的第50百分位人体尺寸数据,基于三维建模软件3DsMAX人体模型库,对拖拉机驾驶员的人体模型进行缩放和调整获得建模所需的人体点云数据;将人体骨骼和皮肤点云数据导入CATIA软件中,利用CATIA逆向工程模块重建了人体软组织和骨骼模型。(4)驾驶员—座椅界面压力特性数值模拟基于ABAQUS软件对拖拉机驾驶员—座椅界面压力分布进行数值模拟分析。利用HyperMesh软件对人体软组织和骨骼模型进行几何清理、网格划分、定义材料属性和边界约束等前处理。通过ABAQUS软件进行求解分析驾驶员—座椅间的压力分布特性,得到试验座椅的体压分布指标。本文对拖拉机驾驶员—座椅接触界面的压力分布特性进行了研究和分析,对提升拖拉机座椅的舒适性,提高作业效率,降低拖拉机驾驶员职业病的发病率具有一定的指导意义,为拖拉机座椅的研发和优化设计提供技术参考。