一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法與流程
本發明屬于航空生物力學仿真領域，具體是一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法。
背景技術：
艦載機在航母甲板上降落時滑跑的距離短，需要借助攔阻系統實現。在攔阻著艦過程中會產生較大的持續性載荷，影響飛行員的生理健康和操縱工效。雖然，現役艦載機座艙內配備的座椅背帶約束系統有助于減弱攔阻載荷給飛行員生理健康和操縱工效帶來的不利影響，但在實際使用過程中的防護效果不甚理想，需要繼續得到系統研究。
目前，通過開展大量的地面載人彈射實驗、地面載動物彈射實驗和飛行實驗來研究艦載機座椅背帶約束防護效果和人體可能的損傷情況，這樣做需要耗費大量的人力物力。
飛行員座椅背帶約束系統是一種四點式安全帶，這種安全帶比汽車領域常見的兩點式、三點式安全帶具有更復雜的結構和更平緩的約束特征，能更好的保護頭部、胸部和脊柱。在汽車領域，多采用專業汽車安全軟件madymo進行多剛體建模和仿真，或者是采用ls-dyna軟件進行有限元建模和仿真。但是相比汽車安全帶領域，關于艦載機飛行員座椅背帶約束系統在原始數據獲取、系統結構和工作原理上都更加復雜，汽車領域的研究方法，都不能直接應用到艦載機上關于飛行員背帶約束系統的建模與仿真中，需要效率和精度更高的更有效的建模和仿真方法，以實現飛行員在典型航空飛行過程中的約束效果評價。
在航空領域，國內外鮮有艦載機背帶約束系統建模與仿真方面的研究，一些相關研究多集中頭頸部響應、操作影響和追撞環境的影響方面。
例如文獻1：魯廷,王亞偉,柳松楊等.攔阻著艦過程中飛行員頭頸部的動力學響應[j].醫用生物力學,2012,27(6):10-16；采用adams軟件建立包括頭部、7個頸椎和2個胸椎共10個剛體的人體頭頸部的多體動力學模型，并分析了航母艦載機攔阻著艦過程中飛行員在佩戴和不佩戴頭盔時的頭頸部動力學響應以及主要肌肉應變量，但是沒有考慮背帶約束系統可能的影響。
文獻2：都承斐,王麗珍,柳松楊等.機動飛行過載時操縱桿位置對飛行員操控影響的生物力學研究[j].航天醫學與醫學工程,2014,(4):286-288；采用hypermesh軟件建立了完整的人－椅系統有限元模型，該模型包括多體動力學假人、彈射座椅、約束系統以及慣性鎖強制機構，對模型施加不同方向的加速度載荷，從生物力學的角度對比研究不同位置的操縱桿以及不同大小的椅背角對飛行員操控工效的影響。該方法對剛性人體，但是網格數量過多，計算效率很低，也沒有考慮艦載機輸入載荷的問題。
文獻3：李夢曉，向錦武，任毅如等.航空座椅適墜性評估與分析方法[j].北京航空航天大學學報，2016，42(2):383-390；為了研究某航空座椅在墜撞環境下的結構響應特性，針對座椅和假人耦合系統，先建立了座椅的有限元模型，并將有限元模型和50分位hybridⅲ型多剛體假人模型耦合，綜合使用非線性有限元軟件ls-dyna和多剛體動力學軟madymo開展了聯合仿真，但是安全帶采用了多剛體模型，無法準確考慮其對人體的約束和安全帶的作用力。
所以，對于艦載機彈射起飛、攔阻著艦和機動飛行等特殊應用場景，有必要發展一種有針對性的背帶約束系統的建模和仿真方法，能更有效的分析和評估艦載機特性飛行條件下的潛在損傷。
技術實現要素：
本發明為解決上述問題，提供了一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法，能充分考慮座椅剛性、人體的多節段和安全帶彈性約束等問題的影響，針對特定的對象采用了不同的建模方式，其中，假人采用六面體和四面體混合網格進行劃分，根據實際飛行操作過程中規定的標準姿勢設置假人模型的初始狀態；采用混合安全帶模式，拉緊機構到肩部采用多體模型，其余部分采用有限元模型。利用三維造型軟件建立座椅的幾何模型，采用六面體和四面體混合網格以及剛性材料，建立座椅的有限元模型。
通過對多剛體的人體模型，多剛體與有限元結合的背帶模型以及有限元結合剛性材料的座椅模型，采用混合求解算法，利用有限元算法計算接觸力，再利用多剛體模型計算人體各階段受力和運動；在保證仿真精度的前提下，具有更高的仿真效率。
具體步驟如下：
步驟一、采用六面體和四面體混合網格以及剛性材料建立座椅的有限元模型；
具體建立過程為：
獲取某座椅的公開圖像和部分尺寸，在三維造型軟件中建立座椅幾何模型；并采用六面體和四面體混合網格以及剛性材料，建立座椅的有限元模型。
步驟二、在座椅有限元模型上建立具有生物力學特征的多剛體假人模型；
假人模型的初始狀態根據實際飛行操作過程中規定的標準姿勢設置，其中假人軀干與座椅椅背貼合，頭部后側緊貼頭靠，雙腿自然垂落，雙臂屈伸做抓握操縱桿動作。
步驟三、建立多剛體假人模型使用的背帶模型；
混合安全帶模式，是指拉緊機構到肩部采用多體模型，其余與人體接觸部分采用有限元模型；定義安全帶的各個分段，每段安全帶有兩個組成點，給定各個分段安全帶的織物剛度特性。安全帶不同段之間的連接通過定義滑環實現，根據滑環的位置與類型不同，定義滑環不同的摩擦系數。拉緊機構放在刻肩帶起始點上，并將安全帶放置在假人身上的適當位置。
步驟四、將建立的座椅模型、假人模型和背帶模型組合為人椅背帶系統模型；
按實際人員姿態，設置座椅椅背傾斜角，建立座椅與人以及人與背帶之間的接觸，在假人與座椅之間的接觸定義中設置座椅為主接觸面，在假人與背帶的接觸約束中定義假人為主接觸面。
步驟五、提取出座椅加速度曲線中的參數后進行高頻濾波處理，保留低頻波動特征，作為計算模型的輸入；
步驟六、利用輸入參數對艦載機飛行員進行生物力學仿真，得到最終時刻假人各剛體節段的位移和姿態，以及每個剛體的鉸約束力。
具體步驟如下：
步驟601、設定假人的初始速度和初始加速度均為0，將濾波后的加速度數據作為座椅的加速度。
步驟602、啟動仿真，對于tn時刻，確定人椅背帶系統模型的主從接觸面，利用基于從接觸面節點在主接觸面接觸厚度的穿透的接觸算法進行搜索，將穿透記為發生接觸，獲取所有發生接觸的假人剛體節段。
步驟603、對于每一個存在接觸的假人剛體節段i，計算該剛體節段i的接觸合力和合力矩。
具體為：首先，對于每一個存在接觸的假人剛體節段i，利用節點在主接觸面的穿透量除以主接觸面單元厚度得到應變；
然后，通過假人的“應力－應變”接觸特性曲線，獲取發生接觸表面的單元接觸應力σi；
進一步，利用單元接觸應力σi乘以接觸單元面積得到單元接觸力fi，通過對接觸面積上的所有單元進行積分，得到剛體節段i的接觸合力fp和作用點位置；
剛體節段i的接觸合力fp計算如下：
fp＝∑fi(1)
最后，計算接觸合力fp對于該剛體節段i質心的合力矩；
對于每一個不存在接觸的假人剛體節段，其接觸合力和合力矩均為0。
步驟604、對于某鉸相連的兩個剛體節段i和j，考慮兩個剛體節段間的接觸合力和合力矩，先計算節段i的質心運動方程，節段j的運動根據節段i的相對關系來進行計算。
剛體節段i的合力矢量fi和合力矩矢量ti，質心運動方程如下：
其中，mi為剛體節段i的質量，
步驟605、利用剛體節段的質心運動方程，分別乘以位置矢量的變化量δri和方向矢量的變化量δπi，并相加得到動力學普遍方程；
步驟606、在變化量δri和δπi不違背剛體間連接鉸約束類型的情況下，利用虛功原理消除剛體節段i的質心運動方程中未知的鉸約束力和約束扭矩。
步驟607、針對整個多剛體系統，根據動力學普遍方程，計算任意兩個鉸相連的剛體節段的之間矩陣形式；
其中，r為系統中各個剛體的矢徑列陣，r＝[r1,r2,r3,...rn]t；ω為系統中各個剛體的轉動角速度列陣，ω＝[ω1,ω2,ω3,...ωn]t；
δr為系統中各個剛體的虛位移，δr＝[δr1,δr2,δr3,...δrn]t；δπ為系統中各個剛體的虛角位移，δπ＝[δπ1,δπ2,δπ3,...δπn]t；
m為各個剛體相應的質量，m＝diag[m1,m2,m3,...mn]；j為各個剛體相應的慣量矩陣，j＝diag[j1,j2,j3,...jn]；f為各個剛體相應的接觸合力的矩陣，f＝[f1,f2,f3,...fn]t；t為各個剛體相應的合力矩的矩陣，t＝[t1,t2,t3,...tn]t。
步驟608、通過廣義坐標計算任意兩個鉸相連的剛體節段之間的矩陣形式中的矢徑與角速度；
廣義坐標為相鄰剛體的相對位移和相對轉角，也就是相鄰剛體之間鉸的自由度；系統任意剛體的位置和姿態通過廣義坐標和時間表示。
廣義坐標和矢徑與角速度存在如下關系：
矩陣α，β，u，v是坐標轉換矩陣，其具體表達式與剛體系統中的運動鉸類型有關，不同的鉸由于其自由度數量和自由度類型的不同，轉換關系也就不同。α，β分別表達廣義坐標與剛體矢徑和角速度的轉換關系。u，v連同α，β構成了廣義坐標加速度與剛體質心加速度和剛體角加速度的轉換關系；δq為廣義坐標的變分。
步驟609、利用任意兩個鉸相連的剛體節段的之間矩陣形式，以及矢徑與角速度計算等效質量矩陣a和等效外載荷矩陣b之間的關系；
將廣義坐標和矢徑與角速度之間的關系式(6)(7)代入式(5)，得到如下關系：
當多體系統的結構，鉸的位置和類型以及受力情況等參數確定后，可以求出等效質量矩陣a和等效外載荷矩陣b，矩陣a完全取決于廣義坐標q，矩陣b取決于廣義坐標q及其一階導數。
步驟610、采用數值方法求解等效質量矩陣a和等效外載荷矩陣b之間關系式的二階微分方程式，并且聯立廣義坐標和矢徑與角速度的關系式，求得假人模型任意剛體節段在某時刻的運動參數，進而獲得各剛體節段的位移和姿態。
運動參數，包括速度，加速度，角速度和角加速度。
步驟611、利用假人各剛體節段的位移和姿態，計算每個剛體的鉸約束力。
在計算鉸的約束力時，對各鉸解除約束，然后對于每個剛體的動力學方程式(2)(3)計算鉸的約束反力。
步驟612、遞推時間到下一時刻tn+1，返回步驟603，直至到達仿真要求的時間長度。
步驟七、根據仿真最終時刻假人各剛體節段的位移和姿態，評估背帶系統的約束效果；同時，根據仿真最終時刻各剛體節段的鉸約束力判斷飛行員關節的受力情況；
獲得假人模型各部分的運動學響應和關節受力情況，用于以下方面：結合損傷生物力學中的損傷準則可評估飛行員在訓練過程中由于關節受載過大帶來的損傷；結合座艙布局可判斷飛行員在運動響應過程中是否會與座艙儀器儀表發生碰撞，導致誤操作或受到損傷。
本發明的優點在于：
1)、一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法，結合三維建模、多剛體和有限元組合的數值仿真，針對特定的對象采用了不同的建模方式。
2)、一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法，有助于明確現有裝備的防護效果，還可用于復雜著艦工況下的飛行員安全評估，以及現役裝備的改進設計。
3)、一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法，應用本方法，可以開展對艦載機人椅背帶系統的動力學仿真的深入研究，評估背帶系統約束效果和飛行員面臨的安全風險。
附圖說明
圖1是本發明一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法的流程圖；
圖2是本發明利用輸入參數對艦載機飛行員進行生物力學仿真的流程圖；
圖3是本發明建立座椅有限元模型的示意圖；
圖4是本發明建立的座椅有限元模型使用的材料特征參數；
圖5是本發明50百分位hybrid3的多剛體假人有限元模型示意圖；
圖6是本發明假人有限元模型的腰部背帶滑環特性示意圖；
圖7是本發明假人模型使用的背帶有限元模型示意圖；
圖8是本發明使用不同分位的假人系統模型示意圖；
圖9是本發明仿真與現有公開的實驗數據的對比圖。
具體實施例
下面結合附圖對本發明的具體實施方法進行詳細說明。
本發明一種艦載機座椅背帶約束系統的建模和仿真方法，實施時利用常規的三維建模軟件catia和有限元分析軟件madymo，使用的設備為能安裝catia/madymo軟件的計算機設備，計算機應安裝相應軟件；
本發明首先參照某型艦載機彈射座椅的真實資料，利用三維造型軟件建立座椅的幾何模型，將其導入至madymo軟件中，采用六面體和四面體混合網格建立座椅的有限元模型。其次采用madymo軟件中提供的hybrid3型假人開展研究，根據實際飛行操作過程中規定的標準姿勢設置假人模型的初始狀態，假人同樣采用六面體和四面體混合網格進行劃分，定義假人各部分的關節及假人各部分之間的彈性。然后使用madymo軟件中的belt單元定義安全帶及安全帶不同段之間的連接，采用混合安全帶模式，拉緊機構到肩部采用多體模型，其余部分采用有限元模型。
在madymo軟件中將已建立的上述椅、人和背帶模型組合為人椅背帶系統模型。按實際艦載機中的姿態設置座椅椅背傾斜角，假設座椅與飛機之間為剛性連接，建立座椅與人以及人與背帶之間的接觸。最后根據實際艦載機阻攔著艦加速度，采用底板處的加速度曲線作為仿真分析的輸入曲線施加在座椅底部，輸入給計算模型進行仿真計算。
如圖1所示，具體步驟如下：
步驟一、采用六面體和四面體混合網格以及剛性材料，建立座椅的有限元模型；
具體建立過程為：
首先，根據某艦載機彈射座椅的公開圖像和部分尺寸，獲取座椅主要尺寸的真實數據。
然后，根據座椅的真實尺寸，在三維造型軟件catia中建立具有真實尺寸特點的座椅幾何模型，并導入至madymo軟件。
catia(computeraidedtri-dimensionalinterfaceapplication，計算機輔助三維應用程序接口)是法國達索公司的產品開發cad/cae/cam一體化軟件。
最后，madymo軟件采用六面體和四面體混合網格以及剛性材料，建立座椅的有限元模型。
本發明參照k-36彈射座椅的公開圖片資料，獲取座椅主要尺寸；在catia中建立了座椅的幾何模型，將其導入至madymo軟件中采用六面體和四面體混合網格建立了座椅的有限元模型，共包含2532個六面體網格和384個四面體網格，如圖3所示，座板厚度為0.2m，寬為0.6m，長度為0.7m，座椅背板高度為1.0m，傾角為17°。由于研究中無需考慮座椅的應力應變信息，因此將其設置為剛性材料以降低計算量，而座椅上的網格則用于定義人椅背帶系統的接觸以防人體與座椅發生不合理的穿透。
如圖4所示，表現了座椅材料的加載特性，橫坐標表示形變量，縱坐標表示在相應形變量下的載荷；座椅材料特性參數為：遲滯斜率為1.0×106，阻尼系數100。
步驟二、在座椅模型上，采用madymo軟件建立具有生物力學特征的多剛體假人模型；
如圖5所示，本發明采用madymo中提供的五十百分位hybrid3型假人開展研究，根據實際飛行操作過程中規定的標準姿勢設置假人模型的初始狀態，其中假人軀干與座椅椅背貼合，頭部后側緊貼頭靠，雙腿自然垂落，雙臂屈伸做抓握操縱桿動作，假人同樣采用六面體和四面體混合網格進行劃分，模型中共包含5309個六面體網格和1526個四面體網格。
分別選用第5％，50％，95％男性假人，假人各部分的關節用球形鉸鏈和旋轉鉸鏈單元定義，并利用非線性的扭矩彈簧和阻尼單元連接來模擬人體各部分之間的彈性。約束系統模型主要包括安全帶單元、卷收器單元，以及觸發卷收器工作的加速度傳感器單元。
步驟三、采用madymo軟件，建立多剛體假人模型真實使用的背帶模型；
在madymo軟件中，使用belt單元定義安全帶；根據滑環的位置與類型不同，定義滑環不同的摩擦系數。如圖6所示，橫坐標表示時間，縱坐標表示摩擦系數，可以看出摩擦系數和隨時間的變化規律；采用混合安全帶模式，是指拉緊機構到肩部采用多體模型，其余部分采用有限元模型；拉緊機構放在刻肩帶起始點上，將安全帶放置在假人身上的適當位置；如圖7所示；背帶系統簡化成12段，其中有2段為多體模型，其余均為有限元模型。注意：安全帶需要放置在假人身上的適當位置；定義實際拉緊機構特性，當過載小于2g時，拉緊機構不啟動；當過載大于2g時，拉緊機構啟動，鎖止肩帶。肩帶行程設置為0.6米。
定義背帶材料，密度1325kg/m3，遲滯斜率6.0×109，遲滯模型為1；單元厚度為1mm。
步驟四、將建立的座椅模型、假人模型和背帶模型組合為人椅背帶系統模型；
在madymo中按實際人員姿態，設置座椅椅背傾斜角為3°，假設座椅與飛機之間為剛性連接。建立座椅與人以及人與背帶之間的接觸，在假人與座椅之間的接觸定義中設置座椅為主接觸面，在假人與背帶的接觸約束中定義假人為主接觸面；分別選用第5％，50％，95％三種百分位人體模型組合后的人椅背帶系統模型，如圖8所示。
步驟五、利用origin軟件提取出座椅加速度曲線中的參數后進行高頻濾波處理，保留低頻波動特征，作為計算模型的輸入；
采用底板處的加速度曲線作為仿真分析的輸入曲線施加在座椅底部；用origin攫取出曲線中參數并進行高頻濾波處理以降低飛機震動等帶來的噪聲，保留對生物力學仿真中非常重要的低頻波動特征；再輸入給計算模型。
步驟六、利用輸入參數對艦載機飛行員進行生物力學仿真，得到最終時刻假人各剛體節段的位移和姿態，以及每個剛體的鉸約束力。
將處理過的高可信度參數輸入給計算模型，運動方程為牛頓-歐拉剛體質心運動方程，利用虛功原理消除未知的鉸約束力和扭矩，通過給定鉸坐標和它們對時間的一階導數(前面步驟給出的初始條件)，采用數值方法求解運動方程，數值積分方法選擇帶有固定或可變時間步長的改進歐拉方法，進行積分可以計算體坐標系相對于參考空間坐標系的運動。得到假人模型各部分的運動學響應和關節受力情況，從而判斷飛行員在攔阻階段同座艙儀器儀表等的碰撞概率，以及飛行員在訓練過程中可能的損傷。
具體步驟如下：
步驟601、設定假人的初始速度和初始加速度均為0，將濾波后的加速度數據作為座椅的加速度。
步驟602、啟動仿真，對于tn時刻，確定人椅背帶系統模型的主從接觸面，利用基于從接觸面節點在主接觸面接觸厚度的穿透的接觸算法進行搜索，將穿透記為發生接觸，獲取所有發生接觸的假人剛體節段。
步驟603、對于每一個存在接觸的假人剛體節段i，計算該剛體節段i的接觸合力和合力矩。
具體為：首先，對于每一個存在接觸的假人剛體節段i，利用節點在主接觸面的穿透量除以主接觸面單元厚度得到應變；
然后，通過假人的“應力－應變”接觸特性曲線，獲取發生接觸表面的單元接觸應力σi；
進一步，利用單元接觸應力σi乘以接觸單元面積得到單元接觸力fi，通過對接觸面積上的所有單元進行積分，得到剛體節段i的接觸合力fp和作用點位置；
剛體節段i的接觸合力fp計算如下：
fp＝∑fi(1)
最后，計算接觸合力fp對于該剛體節段i質心的合力矩；
對于每一個不存在接觸的假人剛體節段，其接觸合力和合力矩均為0。
步驟604、對于某鉸相連的兩個剛體節段i和j，利用剛體節段的合力和合力矩，分別計算剛體節段i的質心運動方程；具有連接關系的剛體節段j的運動基于剛體節段i來進行描述；
剛體節段i的質心運動方程包括接觸合力的矢量fi和合力矩矢量ti，公式如下：
其中，mi為剛體節段i的質量，
ji為剛體節段i對于質心的慣性張量，ωi為剛體節段i的角速度矢量，是剛體節段i局部坐標系相對于慣性系轉角對時間的一階導數；
對于系統中的任一體，fi和ti都包括了鉸作用的約束力和約束扭矩；當已知系統的加速度時，可以確定它們的大小。
步驟605、利用剛體節段i的質心運動方程，分別乘以位置矢量的變化量δri和方向矢量的變化量δπi，并相加得到動力學普遍方程；
步驟606、在變化量δri和δπi不違背剛體間連接鉸約束類型的情況下，利用虛功原理消除剛體節段i的質心運動方程中未知的鉸約束力和約束扭矩。
步驟607、針對整個多剛體系統，根據動力學普遍方程，計算任意兩個鉸相連的剛體節段的之間矩陣形式；
其中，r為系統中各個剛體的矢徑列陣，r＝[r1,r2,r3,...rn]t；ω為系統中各個剛體的轉動角速度列陣，ω＝[ω1,ω2,ω3,...ωn]t；
δr為系統中各個剛體的虛位移，δr＝[δr1,δr2,δr3,...δrn]t；δπ為系統中各個剛體的虛角位移，δπ＝[δπ1,δπ2,δπ3,...δπn]t；
m為各個剛體相應的質量，m＝diag[m1,m2,m3,...mn]；j為各個剛體相應的慣量矩陣，j＝diag[j1,j2,j3,...jn]；f為各個剛體相應的接觸合力的矩陣，f＝[f1,f2,f3,...fn]t；t為各個剛體相應的合力矩的矩陣，t＝[t1,t2,t3,...tn]t。
步驟608、通過廣義坐標計算任意兩個鉸相連的剛體節段之間的矩陣形式中矢徑與角速度的關系；
廣義坐標為相鄰剛體的相對位移和相對轉角，也就是相鄰剛體之間鉸的自由度；系統任意剛體的位置和姿態通過廣義坐標和時間表示。
廣義坐標和矢徑與角速度存在如下關系：
矩陣α，β，u，v實質是坐標轉換矩陣，其具體表達式與剛體系統中的運動鉸類型有關，不同的鉸由于其自由度數量和自由度類型的不同，轉換關系也就不同。α，β分別表達廣義坐標與剛體矢徑和角速度的轉換關系。u，v連同α，β構成了廣義坐標加速度與剛體質心加速度和剛體角加速度的轉換關系；δq為廣義坐標的變分。
步驟609、利用任意兩個鉸相連的剛體節段的之間矩陣形式，以及矢徑與角速度的關系計算等效質量矩陣a和等效外載荷矩陣b之間的關系；
將廣義坐標和矢徑與角速度之間的關系式(6)(7)代入式(5)，得到如下關系：
當多體系統的結構，鉸的位置和類型以及受力情況等參數確定后，可以求出等效質量矩陣a和等效外載荷矩陣b，矩陣a完全取決于廣義坐標q，矩陣b取決于廣義坐標q及其一階導數。由于假人模型中的鉸個數較多，類型也存在差異，矩陣a，b的表達式極為復雜。
步驟610、采用數值方法求解等效質量矩陣a和等效外載荷矩陣b之間關系式的二階微分方程式，并且聯立廣義坐標和矢徑與角速度的關系式，求得假人模型任意剛體節段在某時刻的運動參數，包括速度，加速度，角速度和角加速度，進而獲得各剛體節段的位移和姿態。
步驟611、利用假人各剛體節段的位移和姿態，計算每個剛體的鉸約束力。
在步驟603中推導的動力學方程利用虛功原理消除了鉸的束反力。實際需要計算鉸的約束力來判斷關節受力情況時，在計算鉸的束力時，可以對各鉸解除約束，然后對于每個剛體的動力學方程式(2)(3)計算鉸的約束反力。
步驟612、遞推時間tn+1到下一時刻，直至到達仿真要求的時間長度。
步驟七、根據仿真最終時刻假人各剛體節段的位移和姿態，評估背帶系統的約束效果；同時，根據仿真最終時刻各剛體節段的鉸約束力判斷關節受力情況；
本發明計算結果與現有公開的實驗數據相比較，如圖9所示，橫坐標為時間歷程，縱坐標為頭部x方向的加速度，現有公開的實驗數據中測得的加速度曲線同本發明得到的仿真結果吻合度很好；在第175毫秒處出現了第一個正向過載峰值，第260毫秒出現第一個負向過載峰值，之后持續按照一定頻率波動，在前1000毫秒內的波動頻率吻合很好，但是幅值存在一定差異，來源于二者測點位置略有區別，現有公開的實驗數據中測點位于飛行員頭盔，而本發明的仿真測點位于頭部，而當頭盔與飛行員頭部發生相對轉動時x方向加速度值會產生變化；在后續1000毫秒到4000毫秒內，波動的頻率和幅度都具有很好一致性。
根據運動及受力判斷飛行員的碰撞和損傷：根據仿真得到的人體運動幅度，評估背帶系統的約束效果，獲得假人模型各部分的運動學響應和關節受力情況，用于以下方面：結合損傷生物力學中的損傷準則可評估飛行員在訓練過程中由于關節受載過大帶來的損傷；結合座艙幾何建模布局可判斷飛行員在攔阻階段運動響應過程中是否會與座艙儀器儀表發生碰撞的概率，導致誤操作或受到損傷可能帶來的風險。
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