通過生物力學模型和數值模擬提高飛機乘客座椅舒適度

通過生物力學模型和數值模擬提高飛機乘客座椅舒適度

客戶故事

坐過長途飛行的人都知道，飛機座位盡可能地舒適是多麼重要。 Safran Seats（原 Zodiac Seats）以提高飛機座椅舒適度為目標，開發了一種新型飛機座椅，可極大地提高乘客的舒適度。為此，Safran集團的工程師使用 Altair HyperWorks™ 套件和生物力學模型來優化結構形狀。

在開發飛機座椅時，必須考慮人體工學、機艙佈局和環保設計等幾個關鍵因素。除此之外，還希望考慮環境問題，並將環保設計和輕量化放在其產品開發計劃的最前列。這一倡議的原因之一是更輕的座椅有助於減少飛機的燃料消耗。除了更輕之外，座椅主要使用可回收材料生產。

為了進一步提高飛機乘客的品質和舒適度，Safran集團使用數值模擬和 Altair HyperWorks™ 套件來設計、評估和優化座椅。這使 Safran Seats 的設計師能夠評估其座椅結構在靜態和動態應力下的行為，以及熱成型和沖壓座椅組件的可行性。

舒適度是關鍵

憑藉在商務艙領域享譽全球的專業知識，Safran Seats 設計、認證和組裝創新、可訂製和高附加值的產品。該部門利用強大的國際影響力，為來自所有市場的客戶提供專業知識。他們聘請了多個設計師團隊，他們的產品提供最先進的設計，結合了高科技設備，體現了為座椅市場的三個基本挑戰尋找解決方案的決心：

乘客座椅舒適度和人體工學的持續改善
通過可訂製的產品為其航空公司客戶提供個性化服務
不斷地研究以優化可用的機艙空間

“在我們的研究和技術部門，我們每天都使用 Altair 軟體來評估我們的座椅在靜態和動態載荷下的結構，並評估在座椅組件製造中使用熱成型和沖壓的可行性。未來，我們還將使用 Altair 軟體來優化泡沫厚度、特性和重量，以進一步優化座椅結構，同時仍牢記舒適度的標準。” – Safran Seats的研發工程師, Jeremy Cailleteau

改善座椅人體工學以減少乘客的不適

該公司的一個主要問題是優化飛機乘客的舒適度。此外，飛機座椅市場競爭激烈且新穎；必須盡快將高品質的座椅推向市場。為了評估座椅的人體工學品質，工程師們需要一種工具來模擬所有生物力學不適來源，例如坐著的乘客的大腿內側軟組織壓縮等因素。

使用生物力學模型評估座椅設計

用於評估座椅設計的數值模擬是一種很好的方法，可以針對坐著的乘客的大腿內側軟組織壓縮等因素引入快速有效的優化過程。設計師依靠 Altair HyperWorks 套件來模擬生物力學因素。軟組織壓縮，正在研究的因素，可以通過應用兩個參數來評估：外部接觸壓力和直接組織應變。為了處理這個模擬工程師創建了兩種模型，他們可以用它們來評估每個不適因素。通過採用 Altair 解決方案並結合模擬輸出與幾個不適因素之間的關係，該工具能夠提供人體工學品質的量化。憑藉這些結果和理解，工程師能夠優化座椅設計和材料，從而減少坐在這些座椅上的乘客的潛在不適。總之，使用 Altair HyperWorks 套件創建的模型使工程師能夠評估結構行為並獲得對以下主題的寶貴見解：

創建一個通用模型來評估接觸壓力
通過統計形狀分析開發了包含骨盆-大腿區域的骨骼和軟組織結構的人體參數模型。

該模型的數據庫是使用 36 人的掃描數據創建的。由於這種方法，可以模擬任何人體測量學以接收座椅接觸壓力並對座椅的人體工學進行初步評估。例如坐著的乘客的大腿內側軟組織壓縮。

內部應變估計的詳細模型

根據 MRI 圖像構建了 50% 男性的詳細模型。該模型包含所有肌肉和脂肪組織的準確解剖結構。使用該模型，可以近似評估不同組織層中的內部應變，從而評估施加於組織的載荷。例如坐著的乘客的大腿內側軟組織壓縮。

接觸壓力驗證

通過比較一組 12 人的座椅壓力和實驗測量的座椅壓力，該參數模型得到了驗證。這是使用 Altair Radioss™ 求解器模擬的。使用該模型，可以預測 12 名受試者的評估最大壓力的平均誤差為 16% 的接觸壓力。例如坐著的乘客的大腿內側軟組織壓縮。

使用 MRI 進行應變驗證

通過比較用 MRI 模擬和測量的軟組織應變來驗證詳細模型。已針對不同載荷情況和多個位置測量了應變。該模型提供了一種很好的方法來模擬坐著時的應變，錯誤率低於 19%。例如坐著的乘客的大腿內側軟組織壓縮。

更深入的理解加快開發速度

使用 Altair HyperWorks Suite 產品，Safran 能夠深入了解各個感興趣的領域，例如接觸壓力或結構應變。特別是，Altair 軟體使設計團隊能夠評估座椅結構在靜態和動態應力下的整體行為以及熱成型和沖壓的可行性。此外，通過使用 Altair HyperWorks 開發生物力學模型，他們能夠實現 16% 的估計最大壓力的平均誤差和低於 19% 的內部應變估計誤差。除了提供更深入的理解外，數值模擬還幫助工程師快速有效地解決開發問題。由於對結果的高度滿意，Safran Seats 未來將繼續使用 Altair 工具來優化泡沫厚度、特性和重量，以進一步提高飛機乘客座椅的舒適度。增加對模擬的使用，特別是 Altair HyperWorks Suite，將引導他們的工程師加快開發速度，從而縮短上市時間。