坐姿人体动态特性的有限元法研究

分类： 生物学 >> 生物学其他学科 提交时间： 2023-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》

郭云强

摘要： 为研究振动环境下人体脊椎不同部位响应特点。基于人体解剖结构创建了包括头部、脊椎、肋骨和盆骨的坐姿人体上身三维有限元模型。采用模态法提取了该模型以及不同数量节段脊椎(L3-L4、L1-L5和C1-L5)的30阶模态,并采用随机响应法计算了在垂直方向0～20 Hz白噪声激励下各个脊柱节段在X、Y和Z三个方向的加速度。发现坐姿人体上身的第一阶模态在前后方向,第二阶模态在左右方向。所有模型的第一阶垂向固有频率与现有文献结果相近,所有椎间盘平均加速度响应的峰值频率在坐姿人体垂直频率4～6 Hz范围内,从而证明了模型的有效性。研究发现:对人体影响较大的振动模态主要分布在0～12 Hz以内; 椎间盘Z加速度均方根从颈椎到腰椎不断减小,而X加速度均方根在T7-T8附近最小,在椎间盘L4-L5处最大。本研究创建的动力学模型,不仅可用于更为准确地研究人体内部动态响应规律,而且响应计算快速,为进一步提高乘坐舒适性、减少脊椎疾病提供研究方法和理论依据。

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