Біомеханічна Модель Оцінює Реакції Людини на Вібрації
- Автомобільний Підхід
- Встановлення Зв'язків в біомеханічних Моделі
- Оцінка Впливу Вібрацій на Людське тіло
- Частотний Аналіз
- Основні висновки
Залежно від своєї величини і частоти, вібрації можуть бути джерелом незручності і навіть болю для людського тіла. Вплив вібрацій, безсумнівно, є досить чутливим. Тому, хіба не було б цікаво уявити, як різні частини людського тіла будуть вести себе, опинившись в таких умовах? Ми познайомимо вас з багатотільних моделлю, яка дозволяє аналізувати динамічну реакцію організму на вібрації.
Автомобільний Підхід
Переміщаючись чи на значну відстань між роботою і будинком, або просто потрапивши в напружений транспортний трафік, багато хто з нас витрачають багато часу на дорогу кожен день. Бувають дні, в які з'являються вільні вечори, і, які можна розглядати, як час коли можна розслабитися і послухати улюблений CD-диск або радіостанцію. Однак, бувають дні, коли ваш розклад настільки насичено, що тривалі поїздки можуть стати джерелом роздратування, як наприклад, в разі поспіху, щоб вчасно встигнути до місця призначення. Незалежно від ситуації, елемент, який може зробити вашу поїздку більш приємною - це комфорт усередині вашого засобу пересування.
Під час пересування по дорозі, ви можете відчувати якісь вібрації, іноді виникають на вашому сидіння. Причиною цих вібрацій може бути безліч джерел, включаючи стан дороги, швидкість, гул двигуна і (незручний) дизайн автомобільних сидінь. При тривалому впливі таких коливань, вони можуть бути не тільки джерелом дискомфорту, але і стати небезпечними для здоров'я і, потенційно, привести до втоми або болю. З зростаючим занепокоєнням за наслідки від впливу цих вібрацій, в деяких транспортних засобах почали застосовувати віброізолятори в конструкції сидінь з метою мінімізації цього ефекту.
Автомобільні сидіння можуть стати джерелом вібрацій. ( "Sedile in pelle di un'Alfa Romeo Giulietta" by Pava - Власна робота. Ліцензоване Creative Commons Attribution Share-Alike 3.0, через Wikimedia Commons ).
За допомогою біомеханічної моделі, створеної з використанням Динаміка багатотільних систем , Ми можемо імітувати реакцію людського організму на такі вібрації, допомагаючи тим самим оптимізувати дизайн виброизоляторов, а також виконати аналіз якості їзди на автомобілі.
Встановлення Зв'язків в біомеханічних Моделі
Біомеханічна модель людського тіла в сидячому положенні робить цей аналіз можливим. Важливим елементом конструкції даної моделі є облік складності людського організму і тому, як різні частини тіла з'єднуються один з одним. У цьому прикладі, ми фокусуємо увагу на вібраційному впливі на шість ключових областей людського організму: голова, тулуб, внутрішні частини тіла, тазостегнових область, стегно і ноги. Кожен елемент розглядається у вигляді зосередженої маси і визначається як абсолютно тверде тіло.
Для апроксимації зв'язків між різними частинами тіла, ми використовуємо трансляційні і обертальні пружини і амортизатори для опису відносного руху двох з'єднаних частин - зчленування, яке замінюється пружною версією зафіксованого суглоба. Це забезпечує значення поступальної і обертальної жорсткості і амортизації між сполученими частинами тіла.
Модель фіксованого суглоба застосовується для вивчення зв'язків між частинами тіла безпосередньо стосуються сидіння (ніг, стегон і тазу) і самого сидіння, яке є джерелом вібрацій. Для моделювання амортизує ефекту сидіння, при необхідності включається пружність суглобів.
Зверніть увагу, що замість моделювання самого сидіння, використовується моделювання основного руху вузла з вхідним впливом рівним 1 m / s2 в вертикальному напрямку і прикладається в трьох різних місцях.
Оцінка Впливу Вібрацій на Людське тіло
Ми починаємо з аналізу власних частот, призначеного для визначення згасаючих і незатухаючих природних частот коливань.
Малюнок нижче представляє обертальну власну моду руху в незгасаючої моделі (моделі без амортизації). Значне обертальний рух відзначається в області голови і тулуба. Для порівняння, в інших частинах моделі виявляється лише невеликий рух.
Тепер перемістимо наш аналіз на поступальну власну моду руху в загасаючої моделі (моделі з амортизацією). У першій головній поступальної моді руху, отримані результати показують на спадний рух в області голови, тазу і внутрішніх органів, з незначним рухом зазначеним в інших частинах тіла. Це демонструється на малюнку нижче.
Друга головна поступальна мода руху (показана нижче) відзначає зсув в низхідному напрямку голови, тулуба і таза, в той час як нутрощі рухаються зі зміщенням вгору.
Частотний Аналіз
Уявімо тепер результати частотного аналізу зовнішнього впливу поблизу власних частот для цього прикладу і проаналізуємо три різних елемента: вертикальна передання , Обертальна передання, і здається маса.
Спочатку зосередимося на вертикальній передання. Vertical transmissibility (Вертикальна передання) позначає відношення між вертикальним прискоренням голови і вхідним прискоренням сидіння. При порівнянні з частотою впливу, результати показують, що перший резонанс виникає в діапазоні частот 4-6 Hz і другий резонанс виявляється в районі 8-10 Hz.
Вертикальна передання в залежності від частоти зовнішнього впливу.
Обертальна передання є ставлення між кутовим прискоренням голови і вхідним прискоренням сидіння. Що стосується цієї форми передання, то важливо уникати її великих значень, тому що вона серйозно підвищує рівень дискомфорту і навіть може вплинути на зір. Графік нижче представляє її зміна з частотою впливу.
Обертальна передання в залежності від частоти зовнішнього впливу.
Нарешті, здається маса позначає відношення сили, з якою сидіння діє на тіло, до вхідного прискоренню сидіння. Цей елемент відображає не вихідні характеристики моделі, а скоріше характеризує зручність їзди в автомобілі.
Удавана маса в залежності від частоти зовнішнього впливу.
Основні висновки
У цій блог-статті, ми познайомилися з біомеханічної моделлю людського тіла, особливо підкреслюючи можливості її застосування в автомобільній промисловості. Ми показали, як за допомогою інтерфейсу Динаміка багатотільних систем (Multibody Dynamics), можна змоделювати різні частини людського тіла - і їх взаємозв'язку - а також проаналізували їх динамічну реакцію на вплив вібрацій на весь організм.