● 摘要
陆冲击损伤是伞兵跳伞过程中的一种多发损伤形式，产生着陆损伤的原因主要是由于跳伞者接地时运动速度骤然消失而产生的着陆冲击载荷超过人体耐受限所造成的，在着陆过程中由于人体运动所形成的缓冲距离是影响着陆冲击载荷的主要因素。目前对于跳伞着陆过程中的人体运动分析主要依赖于实验手段，存在灵活性不高、实验过程有一定风险等诸多局限性，针对这一现状，本文尝试运用人体建模技术来对伞兵在着陆过程中的人体运动特征进行仿真分析，提出了一种新的伞兵着陆冲击分析方法，并初步开发了一种伞兵着陆冲击计算软件作为伞兵着陆冲击损伤分析的计算工具。本文所建立的伞兵人体多刚体系统模型以多刚体系统动力学中的Kane-Huston方法作为理论基础。通过分析着陆冲击过程中的人体运动特点，对人体进行适当的简化，构建二维的人体多刚体模型，以降低系统的自由度数目，减轻模型方程推导时的难度；使用低序体阵列对模型的拓扑构型加以描述，以系统中各刚体环节相对于其邻接刚体的相对转角作为描述系统位形的广义坐标，建立起Kane方程形式的系统动力学微分方程，通过对系统动力学微分方程组的数值求解来实现着陆冲击过程的运动仿真。以相关平台跳伞实验的数据作为参照，设计了三种不同计算条件对所建立的模型进行了验证计算，结果表明由模型仿真计算得到的着陆冲击力在人体上的分布及其随时间变化的规律与实验实测数据的趋势基本一致，能够比较真实地反映人体在着陆冲击过程中的运动特征。