仰卧人体振动响应特性与舒适性研究

作     者：陈晨旭 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱毅;刘迟

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：仰卧人体 身体振动传递率 等舒适性曲线 多体动力学模型 

摘      要：随着我国人民群众生活质量水平的提高,交通工具的乘坐舒适性得到了更加广泛的关注。国内外研究机构对坐姿人体的振动舒适性进行了广泛研究,但是对仰卧人体振动舒适性的研究相对较少。仰卧姿势在交通运输及运载系统中应用范围较广,本文旨在通过主、客观人体试验研究仰卧人体的振动响应特性和主观舒适性,建立仰卧人体的多体动力学模型,为提高运载系统仰卧位置的乘坐舒适性提供指导。首先,本文开展了仰卧人体客观单轴多向振动试验研究,系统测量被试者头部、胸部、腹部和大腿在纵向、横向和垂向单轴随机振动激励下振动传递特性,确定了仰卧人体各身体部位的共振频率和共振峰值以及振动衰减与放大的频率范围,讨论了振动方向和振动幅值对仰卧人体各身体部位振动传递特性的影响规律。通过绝对幅值估计法确定了振动方向和振动幅值对人体不舒适特性的影响规律,研究发现垂向振动激励对人体舒适度的影响较纵向与横向振动激励更显著。参考客观人体试验结果,开展了垂向振动激励条件下的人体主观舒适度试验。研究采用相对幅值估计法对仰卧人体振动主观舒适性进行打分评价,并基于Stevens幂定律建立了主观评分和振动激励的幅值与频率之间的联系,获得了垂向激励下仰卧人体等舒适性曲线,揭示了仰卧人体振动舒适性的频率特性。研究同时探究了男性和女性之间舒适性频率特性差异,讨论了相关国际标准中仰卧人体舒适性评价方法,阐述了仰卧人体主、客观响应之间的关联性。随后,研究建立了仰卧人体多体动力学模型,该模型由头部、胸部、腹部、大腿和小腿组成,推导了人体纵向、垂向和俯仰振动的运动方程,由此得到模型各部位的振动传递频响函数。研究以仰卧人体头部、胸部、腹部和大腿的振动传递率试验值与模型仿真值之差的平方和的平均数为目标函数,基于粒子群优化算法进行模型参数辨识,最终得到模型各参数最优值,并基于该最优模型进行模态分析。结果表明,该模型能够较好的模拟垂向振动下仰卧人体各部位振动传递响应特性。