2. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

При малых колебаниях и достаточно малых частотах возбуждения (до 100 Гц) человека можно рассматривать как линейную вязкоупругую механическую систему. Это позволяет описывать динамические свойства тела с помощью частотных характеристик:

— передаточной функции для описания вынужденных колебаний точки наблюдения;

— входного механического импеданса для описания связи между силой, передаваемой телу, и виброскоростью точки приложения силы.

Модуль передаточной функции представляет собой безразмерную амплитудно-частотную характеристику (зависимость от частоты амплитуды колебаний точки наблюдения, отнесенной к амплитуде колебаний точки, в которой приложено возбуждение), а аргумент передаточной функции фазочастотную характеристику.

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

Продолжение табл. 7. (см. скан)

Модуль входного механического импеданса представляет собой отношение амплитуды силы, передаваемой телу в точке возбуждения колебаний, к амплитуде скорости той же точки; аргумент входного импеданса описывает сдвиг фаз между названными силой и скоростью (о методике их экспериментального определения см. ниже).

Частотные характеристики тела человека служат исходнымш данными при расчете эффективных систем виброзащиты человека, проектировании вибробезопасных машин, разработке гигиенических норм вибрации, определении параметров эквивалентных механических моделей и манекенов.

Численные значения и характер частотных характеристик существенно зависят от выбора места приокення вынуждающей вибрации и точки, в которой измеряются параметры вынужденных колебаний тела человека.

Изменение рабочей позы или активности различных групп мышц, а также изменение взаимодействия с опорными поверхностями (спинками сидений, подлокотниками и т. д.) или дополнительными внешними системами (органами управления и др.) могут значительно повлиять на динамические свойства тела человека.

В табл. 6—8 приведены результаты измерений входных механических им педансов тела человека для различных поз и областей приложения вибрационного возмущения. Из анализа представленных характеристик следует:

а) резонансные свойства тела человека проявляются в областях частот, лежащих ниже 60 Гц;

б) наличие дополнительной опоры для ног сидящего человека (схема 4 табл. 6) несущественно меняет характер частотной зависимости импедашса, однако числовые значения модуля импеданса во всем диапазоне частот при этом уменьшаются;

в) при дополнительном иагруясении человека (схема 3 табл.. 6 и схема 2 табл. 7) максимум модуля импеданса смещается в сторону высоких частот (этот факт не может быть объяснен с помощью линейной теории и свидетельствует о нелинейных свойствах тела человека);

г) импеданс существенно изменяется при отклонении корпуса человека (схемы 5 и 6 табл. 6). При этом на графиках модулей импедансов появляются максимумы при частотах ниже 5 Гц, что обусловлено изгибными колебаниями позвоночника;

д) импеданс тела стоящего человека существенно зависит от позы; уменьшение угла сгиба коленных суставов приводит к снижению энергии вибрации, поглошаемой телом человека (схема 3 табл, 7);

е) позе «лежа на спине» соответствуют максимумы модуля импеданса при часто и 60 Гц (схема 1 табл. 8);

ж) для лежащего на груди человека характерны максимумы модуля импеданса при частотах 7 и 140 Гц и глубокий минимум в области 20 Гц (схема 2 табл. 8).

Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристи тела человека три гармоническом возбуждении в направлении оси амплитуды виброшеремещений головы, плеча и сиденья соответственно:

В табл. 9 и 10 приведены амплитудно-частотные характеристики вибрации головы для различных поз человека при заданной вибрации в направлении оси основные резонансные частоты лежат в области 4—6 Гц.

На рис. 4 изображены амплитудно-частотные характеристики при вынужденной вибрации сидящего человека в направлении оси X [63]. По оси ординат отложены значения максимальных виброперемещений головы отнесенные к максимальным виброперемещениям плеча и гиденья

Использование указанных частотных харак теристик ограничено условием линейности системы. При больших уровнях возбуждения проявляются нелинейные свойства тела человека. Графики амплитуд вынужденных колебаний, полученные при различных уровнях гармонического воздействия (рис. 5), показывают, что вязкоупругие свойства тела человека более точно могут быть описаны нелинейными характеристиками «мягкого» типа.

Рис. 5. Амплитуды колебаний головы при различных уровнях гармонического возбуждения

Рис. 6. Модуль входного механического импеданса тела человека: 1 — при гармоническом воздействии, 2 — при совместном действии вибрации и постоянного ускорения

При вибрационном воздействии более динамические свойства тела человека приобретают нестационарный характер. При совместном действии вибрации и постоянного ускорения частотные характеристики тела человека меняются [263]; в частности, происходит увеличение модуля вводного импеданса и повышение резонансной частоты (рис, 6).

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

10. Амплитудно-частотные характеристики тела стоящего человека

(см. скан)