三维形态的获取： 利用三维扫描仪对真实的人体进行扫描，如图7所示，在逆向工程软件GeomagicStudio 中提取人体乳房下缘轮廓线，其位置在沿胸部边缘曲率最大的部位，鸡心位高度不宜超过 胸围线，侧位高度不宜低于胸围线，最低点在下胸围线，并以此作为橡胶钢圈穿着在人体上 发生变形后的形态，建立橡胶钢圈变形后的三维实体模型（.prt)。
[0052] 第五步、基于有限元法的橡胶钢圈变形仿真分析： 步骤1.橡胶钢圈有限元模型前处理： 步骤1.1.将第四步中建立的橡胶钢圈变形后的三维实体模型导入有限元处理软件 Ansys中，准备橡胶钢圈变形后的三维实体模型的建立。
[0053] 步骤1.2选择钢圈结构单元类型：选择能较好模拟钢圈立体形态的八节点六面体 实体单元，这种单元对应在有限元软件Ansys的编号为sol idl85。这一过程在有限元软件 Ansys中的操作为： Main menu IIpreprocessor IIelement type IIadd/edit/delete II solid II Brick 8 node 185〇
[0054] 步骤1.3设置钢圈材料物理属性：同样的，赋予橡胶钢圈的物理材料的属性。这一 过程在有限元软件Ansys中的操作为： Main menu IIpreprocessor II material props II material models II structural II linear II elastic II isotropic。
[0055] 步骤1.4划分钢圈结构网格:与第三步相同的是，采用自动划分网格的方式，划分 等级为2级，为了保证计算的准确，在划分钢圈结构网格时应尽量保证钢圈单元接近正六面 体。这一过程在有限元软件Ansys中的操作为： Main menu II preprocessor II mesh tool II smart size II hex II sweep II mesh〇
[0056] 步骤2.施加橡胶钢圈三维外力的负载荷:将钢圈鸡心点做固定端约束，由第三步 中得到的基础橡胶钢圈在x、Y、z方向受到的三维外力，将外力的反作用力作为橡胶钢圈的 外力载荷条件，施加在钢圈对应的关键点上。这一过程在有限元软件Ansys中的操作为： Main menu II solutionII applyII structural II force moment! on nodes。
[0057] 步骤3.求解橡胶钢圈各个关键点变形前后的三维位移:在有限元软件中求解得到 橡胶钢圈各关键点变形后与变形前的三维位移，如图8所示，可以看到钢圈在文胸穿着后三 个维度方向的变形趋势。这一过程在有限元软件Ansys中的操作为： Main menu II general postprocll list results II nodal solution II list nodal solution。
[0058] 第六步、未受力的橡胶钢圈形态的构建： 根据第四步得到的橡胶钢圈变形后的三维实体模型和第五步得到的橡胶钢圈各个关 键点变形前后的三维位移，计算橡胶钢圈未受力时关键点的三维坐标，将此三维坐标转换 为.ibl点群文件，在Pro/Engineer软件中对钢圈宽度w和厚度d进行设置，进而建立理想的 橡胶钢圈未受力的三维实体模型（.prt)。
[0059] 本发明克服了现有橡胶钢圈设计中缺乏人体数据指导和钢圈变形理论依据，致使 钢圈在穿着后难以吻合人体乳房下缘轮廓线的问题，提供一种着眼于人体胸部形态的适体 橡胶钢圈设计方法，提高了文胸橡胶钢圈的合体性与舒适性，这种方法可运用于橡胶钢圈 的个性化定制与推广，体现以人为本的钢圈设计理念，满足消费者的个性化要求。
【主权项】
1.基于有限元法的橡胶文胸钢圈结构设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 第一步、基础橡胶钢圈形态的获取： 利用三维扫描设备获取基础橡胶钢圈形态，在三维软件中建立基础橡胶钢圈实体模 型;具体是： 步骤1、根据钢圈形态划分钢圈关键点，将三维扫描得到的钢圈的点云数据，导入逆向 工程软件中，并测量钢圈关键点的三维坐标； 步骤2、将钢圈关键点的三维坐标转换为点群文件，导入到三维软件中，设计钢圈宽度、 厚度参数，建立基础橡胶钢圈三维实体模型； 第二步、基础橡胶钢圈试体： 对基础橡胶钢圈进行真人试体，找到人体在文胸后比和肩带拉伸感觉舒适时钢圈所在 位置，利用三维扫描设备获取钢圈变形后的形态，标记此时钢圈关键点位置，计算基础橡胶 钢圈变形前后关键点的三维位移； 第三步、基于有限元法的基础橡胶钢圈变形仿真分析： 为了模拟钢圈真实的受力变形过程，对基础橡胶钢圈模型进行有限元分析，通过对钢 圈模型施加第二步得到的关键点的三维位移载荷，求得基础橡胶钢圈在X、Y、Z方向受到的 三维外力，并以此三维外力作为适体橡胶钢圈在文胸穿着时的受力，为进一步求得理想的 橡胶钢圈形态奠定数据基础;具体是： 步骤1、基于有限元法的基础橡胶钢圈模型前处理： 步骤1.1、基础橡胶钢圈未受力的有限元模型的建立:将第一步中建立的基础橡胶钢圈 三维实体模型导入有限元软件中，并构建有限元模型； 步骤1.2、设置钢圈材料属性:设置橡胶钢圈的物理材料参数，主要的参数包括:弹性模 量Ex、泊松比Prxy和密度Density; 步骤1.3、选择基础橡胶钢圈结构单元类型：为了更好的模拟钢圈三维形态，选择适合 构造钢圈实体结构的八节点六面体单元； 步骤1.4、划分基础橡胶钢圈结构网格，形成钢圈有限元模型； 步骤2、施加基础橡胶钢圈关键点三维位移约束:将第二步中得到的基础橡胶钢圈关键 点的三维位移作为钢圈的约束条件，施加在钢圈的对应关键点上； 步骤3、求解基础橡胶钢圈关键点三维外力:在有限元软件中求解得到基础橡胶钢圈三 维外力； 第四步、基于人体曲线的橡胶钢圈变形后三维形态的获取： 利用三维扫描设备对真实的人体进行扫描，提取人体乳房下缘轮廓线，并以此作为理 想的橡胶钢圈着装变形后的形态，建立橡胶钢圈变形后的三维实体模型； 第五步、基于有限元法的橡胶钢圈变形仿真分析： 通过第三步得到的钢圈三维外力，对第四步建立的橡胶钢圈变形后的三维实体模型进 行有限元处理，施加橡胶钢圈三维外力的负载荷，使钢圈受到反方向外力而回到未受力状 态，进而在有限元软件中求得橡胶钢圈各个关键点变形前后的三维位移； 第六步、未受力的橡胶钢圈形态的构建： 根据第四步得到的橡胶钢圈变形后的三维实体模型和第五步得到的橡胶钢圈各个关 键点变形前后的三维位移，计算橡胶钢圈未受力时关键点的三维坐标，进而在三维软件中 建立理想的橡胶钢圈未受力的三维实体模型，这种模型经过制造加工便可形成文胸钢圈实 物。
【专利摘要】本发明涉及一种基于有限元法的橡胶文胸钢圈结构设计方法。本发明首先获取基础橡胶钢圈的三维形态，并对基础橡胶钢圈进行真人试体，其次利用试体得到的钢圈三维位移，对钢圈变形进行有限元仿真分析，最后以三维人体模型的乳底轮廓作为橡胶钢圈受力变形后的形态基础，利用仿真分析得到的结果构建未受力的橡胶钢圈形态。本发明区别于其他金属钢圈，立足橡胶的物理属性，提供了一种具有数学和物理依据的钢圈结构设计方法，丰富和细化了现有钢圈的设计。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105468868
【申请号】CN201510971846
【发明人】陈敏之, 姚远
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月21日