Ganzkörperschwingungen des sitzenden Menschen am Fahrerarbeitsplatz: Einfluss des Kontaktverhaltens zwischen Mensch und Sitz und modale Beschreibung der biodynamischen Eigenschaften
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Aachen
Shaker
2007
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| Schriftenreihe: | Berichte aus der Biomechanik
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Ziele der Arbeit 1
1.1 Motivation 1
1.2 Prädiktiver und deskriptiver Modellierungsansatz 3
1.3 Ziele und Gliederung der Arbeit 5
1.4 Bezeichnungen und Definitionen 7
1.4.1 Koordinatensystem 7
1.4.2 Richtungsbezeichnungen und Schnittebenen 8
1.4.3 Grundlagen zur Beschreibung des Schwingungsverhaltens 9
2 Ausgangspunkt und Stand der Forschung 11
2.1 Vorgängermodelle 11
2.1.1 Modell von Bück 11
2.1.2 Modell von Pankoke 13
2.1.2.1 Vereinfachungen des Modells von Bück 13
2.1.2.2 Individualisierung der Anthropometrie 14
2.1.2.3 Individualisierung der Haltung 15
2.1.2.4 Submodell der unteren Lendenwirbelsäule 17
2.2 Ganzkörpermodelle des sitzenden Menschen 18
2.2.1 Anatomische Ganzkörpermodelle 18
2.2.1.1 Modell von Schübe 19
2.2.1.2 Modell von Grunendahl 20
2.2.1.3 Modell von Verver 21
2.2.1.4 Modell COSYMAN 23
2.2.1.5 Modell FAT-Softwareschwingungsdummy 24
2.2.2 Phänomenologische Ganzkörpermodelle 25
2.3 Anatomische Modelle des Gesäßbereichs 27
2.3.1 Gesäßmodell von Moes 27
2.3.2 Gesäßmodell von Verver 29
2.3.3 Gesäßmodell von Mergl 30
2.4 Schlussfolgerungen 31
VI INHAL TS VERZEICHNIS
3 Kontaktverhalten zwischen Mensch und Sitz 33
3.1 Methodisches Vorgehen 33
3.2 Erweiterungen des Modells im Gesäß- und Rückenbereich 36
3.2.1 Modellierung des Skeletts 36
3.2.1.1 Relevante Skelettstrukturen des Gesäßbereichs 36
3.2.1.2 Ableitung der Geometrie 39
3.2.1.3 Relevante Skelettstrukturen des Rückenbereichs 44
3.2.2 Modellierung der Körperoberfläche 46
3.2.3 Integration der Modellerweiterungen in das Ganzkörpermodell 48
3.2.3.1 Positionierung der Skelettstrukturen im Gesäßbereich 49
3.2.3.2 Positionierung des Schultergtlrtels 51
3.2.4 Modellierung des Gewebes 53
3.2.4.1 Gewebemodellierung im Gesäßbereich 55
3.2.4.2 Gewebemodellierung im Rückenbereich 60
3.3 Modelleigenschaften und Materialbeschreibung 62
3.3.1 Beschreibung der nachgiebigen Eigenschaften 63
3.3.1.1 Übersicht über verwendete Materialgesetze in der
Literatur 63
3.3.1.2 Hyperelastisches Materialverhalten 66
3.3.2 Beschreibung der energiedissipativen Eigenschaften 68
3.3.2.1 Experimentelle Untersuchungen zum dissipativen
Verhalten von Weichteilgewebe 68
3.3.2.2 Viskoelastisches Materialverhalten 73
3.3.3 Beschreibung der Trägheitseigenschaften 75
3.4 Modellierung der Umgebung und der Schnittstelle 76
3.4.1 Starrer Sitz 76
3.4.2 Nachgiebiger Sitz 77
3.5 Validierung 80
3.5.1 Statisches Verhalten 82
3.5.1.1 Aufrechte Haltung 82
3.5.1.2 Pkw-Haltung 86
INHALTSVERZEICHNIS VII
3.5.2 Eigenverhalten 89
3.5.2.1 Aufrechte Haltung 89
3.5.2.2 Pkw-Haltung 91
3.5.3 Dynamisches Verhalten unter Schwingungsanregung 92
3.5.3.1 Aufrechte Haltung 92
3.5.3.2 Pkw-Haltung 94
3.6 Ergebnisse 96
3.6.1 Einfluss der Gewebedicke im Bereich der Sitzbeinhöcker 96
3.6.2 Einfluss des hyperelastischen Materialgesetzes 97
3.6.3 Einfluss der Haut 99
3.6.4 Berücksichtigung der Anthropometrie 100
3.6.5 Kontakt- und Schwingungsverhalten auf einem nachgiebigen Sitz. 102
4 Ganzkörpermodell und innere Organe 107
4.1 Erweiterungen des Modells im Bereich des Bauchraums 107
4.1.1 Bestehendes Bauchraummodell 107
4.1.2 Modellierung der Organe 108
4.1.2.1 Anatomie der Organe 109
4.1.2.2 Ableitung der Geometrie 112
4.2 Modelleigenschaften und Materialbeschreibung 116
4.2.1 Messtechnische Untersuchungen 116
4.2.2 Umsetzung im Modell 118
4.3 Einbindung in das Gesamtmodell 120
4.4 Validierung und Ergebnisse 122
5 Modale Beschreibung der biodynamischen Eigenschaften 127
5.1 Einordnung 127
5.2 Eigenschaften von modalen Modellen 128
5.2.1 Vorgehen und Identifikation 128
5.2.2 Die Beziehung zwischen unterschiedlichen
Übertragungsfunktionen 131
5.3 Modale Mittelung 137
VIII INHALTSVERZEICHNIS
5.4 Charakterisierung des Schwingungsverhaltens mit Hilfe von modalen
Größen 139
5.5 Validierung auf modaler Basis 144
6 Diskussion und Ausblick 149
6.1 Zusammenfassung und Bewertung 149
6.2 Ausblick 151
Literatur 153
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