[发明专利]基于有限元法的橡胶文胸钢圈结构设计方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于文胸设计技术领域，具体是一种基于有限元法的橡胶文胸钢圈结构设计方法。

背景技术

由于女性胸部没有骨骼支撑，因此自然状态下的胸部可能产生下垂、晃动等现象，给女性造成尴尬和不便。穿着合体的文胸可以很好地改善此现象，在这一过程中，具有合适形态的钢圈对乳房起到重要的保护、承托和塑形作用。

钢圈在文胸穿着后会发生变形，最为直观的变化是钢圈开口方向的增加。为了保证钢圈的合体性与舒适性，达到钢圈的使用目的，就需要保证钢圈在变形以后的形态与人体乳房下缘轮廓线相吻合。

一般的钢圈材质为不锈钢材料，但是由于这种材质加工成的钢圈材质硬、刚度大，钢圈尖锐的两端可能会刺痛乳房，对人体造成伤害。基于这种现象，橡胶材质的钢圈应运而生，用橡胶材料制作的钢圈材质柔软坚韧，变形能力好，不会对人体造成伤害，并且在穿着后仍可保持对乳房的支撑能力。

尽管橡胶钢圈具有以上优势，但是橡胶材料和不锈钢材料的物理性能差异明显，即使是同一形态的钢圈由于材质的改变，其变形后的形态也大相径庭；同时，现有的钢圈结构一般为二维平面，在钢圈变形量的计算上缺乏人体数据指导，通常由设计师经验估算，缺乏理论依据。因此如果橡胶钢圈的结构设计依然沿用现有钢圈的设计方法，则钢圈在穿着后很难与三维的人体乳房下缘轮廓线相吻合，造成文胸塑形功能的减弱，这也是橡胶钢圈在推广应用的一个重要瓶颈。

有限元分析是利用数学近似的方法对真实的物理系统进行模拟和分析，在工程力学问题中应用普遍，目前少有应用有限元方法辅助钢圈结构设计的研究。对于钢圈结构来说，由于钢圈形态为非线性曲线，用普通方式求解钢圈受力后的位移困难，而有限元方法可以快速解决非线性几何体的复杂施加条件，同时，有限元方法可以赋予钢圈对象的物理属性，能够较为真实的模拟橡胶材质钢圈的受力变形，因此有限元分析方法在解决橡胶材质的钢圈结构设计上是非常适用的。

发明内容

本发明的目的是：针对橡胶钢圈在结构设计上无法沿用过去经验、缺乏人体数据指导以及橡胶钢圈变形量难以估算的问题，提供一种基于有限元方法的橡胶钢圈结构设计方法，使橡胶钢圈在穿着后能够符合人体乳房下缘轮廓线，进而提高文胸钢圈着装合体性和舒适性。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是提供一种在基础橡胶钢圈形态的基础上，结合人体胸部特点进行橡胶钢圈设计的方法，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：