Schwingungsmodelle des sitzenden Menschen für die horizontalen Schwingungsrichtungen:
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| Language: | German |
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Bremerhaven
Wirtschaftsverl. NW
2002
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| Series: | Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis Seite
Kurzreferat 10
Abstract 11
Resume 12
Formelzeichen und Abkürzungen 13
1 Einleitung 16
2 Aufgabenstellung 24
3 Mittlere Impedanzkurven als Sollfrequenzgänge für die
Modellierung 25
3.1 Dynamische Kenngrößen für das Schwingungsverhalten des
Menschen und Messergebnisse in der Literatur 25
3.1.1 Dynamische Kenngrößen 25
3.1.2 Messergebnisse 27
3.2 Eigene Messungen 29
3.2.1 Messaufgabe 29
3.2.2 Durchführung der Messung 29
3.2.2.1 Verwendeter Messsitz 29
3.2.2.2 Messkette 34
3.2.3 Einteilung der Versuchspersonen in drei Gruppen 35
3.2.4 Impedanzmessungen 38
3.3 Einfluss der Fußstütze 47
3.4 Einfluss der Rückenlehne 51
3.5 Anforderungen an einzubeziehende Messdaten aus der Literatur 53
3.6 Vergleich der eigenen Messergebnisse mit Messdaten aus der
Literatur und Einbeziehung in die Mittelung 54
3.6.1 Zusammenstellung der in der Literatur vorhandenen
Messdaten für die horizontalen Richtungen 54
3.6.1.1 X-Richtung 54
3.6.1.2 Y-Richtung 56
3.6.2 Vergleich, Einbeziehung in die Mittelung,
Sollkurvenfestlegung 57
3.6.2.1 X-Richtung 57
3.6.2.2 Y-Richtung 59
3.6.2.3 Zusammenstellung der Ergebnisse für beide horizontale
Richtungen 60
4 Ableitung der Modellstruktur 61
5 Bestimmung der Modellparameter 64
5.1 Algorithmus 64
5.2 Parameterbestimmung und -Optimierung 67
5.2.1 Parameterbestimmung 67
5.2.2 Optimierung der Parameter 68
5.2.3 Optimierung in x-Richtung 69
5.2.4 Optimierung in y-Richtung 70
5.2.5 Zusammenstellung der Optimierungsergebnisse 72
6 Konstruktionsvorschläge für Modelle 73
6.1 Vorgaben 73
6.1.1 Realisierung der Federsteifigkeit 74
6.1.2 Realisierung der Dämpfung 74
6.2 Einzelmodelle für x- und y-Richtung 75
6.3 Modell für beide horizontalen Schwingungsrichtungen 79
7 Zusammenfassung 84
Literaturverzeichnis 85
Anhang 1 MATLAB-Makro zur Berechnung der Impedanz
des sitzenden Menschen in x-, y- und z-Richtung als
Zweimassenmodell 88
Anhang 2 Bewertungsfaktoren bei der
Parameterberechnung 91
Verzeichnis der Abbildungen Seite
Abb. 1.1 Schwingungsverhalten eines Einmassenschwingungssystems 17
Abb. 1.2 Koordinatensystem für den sitzenden Menschen 19
Abb. 1.3 Eigenfrequenzen des sitzenden Menschen und seiner
Körperteile in z-Richtung nach BECKER et al. (1994) und
KINNE et al. (2000) 21
Abb. 1.4 Frequenzbewertung nach ISO 2631-1 für
Ganzkörperschwingungen 22
Abb. 1.5 Mechanisches Schwingungsmodell nach KINNE et al. (1996) 23
Abb. 3.1 Grundkonstruktion des Messsitzes (Draufsicht) 30
Abb. 3.2 Blick von unten in den Rahmen des Messsitzes 30
Abb. 3.3 Gesamtansicht des Messsitzes mit Sitzschale und Fußstütze 31
Abb. 3.4 Betrag der dynamischen Masse des unbesetzten Sitzes in
y-Richtung 32
Abb. 3.5 Phasenwinkel der dynamischen Masse des unbesetzten
Sitzes in y-Richtung 32
Abb. 3.6 Impedanzbetrag einer 27,1 kg Masse auf dem Sitz in
y-Richtung 33
Abb. 3.7 Phasenwinkel der Impedanz einer 27,1 kg Masse auf dem Sitz
in y-Richtung 33
Abb. 3.8 Erregerkette 34
Abb. 3.9 Messkette für Impedanzmessungen 34
Abb. 3.10 Mittlere Beträge der Impedanz in x-Richtung, angelehnt 39
Abb. 3.11 Mittlere Beträge der Impedanz in x-Richtung, nicht angelehnt 39
Abb. 3.12 Mittlere Beträge der Impedanz in y-Richtung, angelehnt 40
Abb. 3.13 Mittlere Beträge der Impedanz in y-Richtung, nicht angelehnt 41
Abb. 3.14 Mittlere Beträge der Impedanz in y-Richtung für 52 kg
Körpermasse 42
Abb. 3.15 Mittlere Beträge der Impedanz in y-Richtung für 75 kg
Körpermasse 42
Abb. 3.16 Mittlere Beträge der Impedanz in y-Richtung für 98 kg
Körpermasse 43
Abb. 3.17 Vergleich der Impedanzbeträge der Gruppe 52 kg in x- und
y-Richtung bei angelehnter und nicht angelehnter Haltung 44
Abb. 3.18 Vergleich der Impedanzbeträge der Gruppe 75 kg in x- und
y-Richtung bei angelehnter und nicht angelehnter Haltung 44
Abb. 3.19 Vergleich der Impedanzbeträge der Gruppe 98 kg in x- und
y-Richtung bei angelehnter und nicht angelehnter Haltung 45
Abb. 3.20 Mittlere Phasenwinkel der Impedanz in x-Richtung, angelehnt 45
Abb. 3.21 Mittlere Phasenwinkel der Impedanz in x-Richtung, nicht
angelehnt 46
Abb. 3.22 Mittlere Phasenwinkel der Impedanz in y-Richtung, angelehnt 46
Abb. 3.23 Mittlere Phasenwinkel der Impedanz in y-Richtung, nicht
angelehnt 47
Abb. 3.24 Impedanzbetrag in x-Richtung, angelehnt, in Abhängigkeit von
der Art der Abstützung der Füße 49
Abb. 3.25 Impedanzbetrag in y-Richtung, angelehnt, in Abhängigkeit von
der Art der Abstützung der Füße 49
Abb. 3.26 Impedanzbetrag in x-Richtung, nicht angelehnt, in
Abhängigkeit von der Art der Abstützung der Füße 50
Abb. 3,27 Impedanzbetrag in y-Richtung, nicht angelehnt, in
Abhängigkeit von der Art der Abstützung der Füße 50
Abb. 3.28 Beträge der Impedanz der 75 kg Gruppe in x-Richtung 52
Abb. 3.29 Beträge der Impedanz der 75 kg Gruppe in y-Richtung 52
Abb. 3.30 Beträge der Impedanz in x-Richtung nach FAIRLEY et al.
(1990) 55
Abb. 3.31 Beträge der Impedanz in x-Richtung nach MELZIG-THIEL et
al. (1983) 56
Abb. 3.32 Beträge der Impedanz in y-Richtung nach FAIRLEY et al.
(1990) 57
Abb. 3.33 Vergleich der Beträge der Impedanz in x-Richtung - Sollkurven 58
Abb. 3.34 Vergleich der Beträge der Impedanz in y-Richtung - Sollkurven 59
Abb. 3.35 Sollfrequenzgänge des Impedanzbetrages in x- und
y-Richtung für die Modellierung 60
Abb. 4.1 Zweimassenmodell mit Krafterregung nach KINNE et al.
(1996) 62
Abb. 4.2 Skizze eines Modells für beide horizontalen
Schwingungsrichtungen 63
Abb. 5.1 Zweimassenmodell mit Krafterregung, Massen freigeschnitten 65
Abb. 5.2 Verlauf des Impedanzbetrages für 52 kg Körpermasse;
x-Richtung angelehnt (m2=47,5 kg, k=11203 N/m,
c=380 Ns/m) 69
Abb. 5.3 Verlauf des Impedanzbetrages für 75 kg Körpermasse;
x-Richtung angelehnt (m2=67,0 kg, k=15906 N/m,
c=698 Ns/m) 69
Abb. 5.4 Verlauf des Impedanzbetrages für 98 kg Körpermasse;
x-Richtung angelehnt (m2=70,8 kg, k=15933 N/m,
c=803 Ns/m) 70
Abb. 5.5 Verlauf des Impedanzbetrages für 52 kg Körpermasse;
y-Richtung angelehnt (m2=41,3 kg, k=5342 N/m, c=319 Ns/m) 71
Abb. 5.6 Verlauf des Impedanzbetrages für 75 kg Körpermasse;
y-Richtung angelehnt (m2=51,6 kg, k=7392 N/m, c=324 Ns/m) 71
Abb. 5.7 Verlauf des Impedanzbetrages für 98 kg Körpermasse;
y-Richtung angelehnt (m2=51,6 kg, k=8298 N/m, c=322 Ns/m) 72
Abb. 6.1 Prinzipdarstellung eines Modells zur Nachbildung der
Impedanz des sitzenden Menschen in einer horizontalen
Schwingungsrichtung mit an Blattfedern aufgehängter
quaderförmiger Masse m2 76
Abb. 6.2 Prinzipdarstellung eines Modells zur Nachbildung der
Impedanz des sitzenden Menschen in einer horizontalen
Schwingungsrichtung mit massestützenden Blattfedern 77
Abb. 6.3 Prinzipdarstellung eines Modells zur Nachbildung der
Impedanz des sitzenden Menschen in beiden horizontalen
Schwingungsrichtungen 80
Verzeichnis der Tabellen Seite
Tab. 1.1 SEAT-Faktoren der Fahrersitze von verschiedenen
Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen nach BAU (1991) 18
Tab. 1.2 Beispiele für Haupterregerfrequenzen am Sitzfulipunkt
unterschiedlicher Fahrzeuge nach KINNE et al. (2000) 20
Tab. 3.1 Vorgeschriebene Massen der Versuchspersonen 36
Tab. 3.2 Versuchspersonen 37
Tab. 3.3 Versuchsbedingungen für Impedanzmessungen 53
Tab. 5.1 Modellparameter für gleichgewichtete Berechnung von Betrag
und Phasenwinkel der Impedanz im gesamten
Frequenzbereich 67
Tab. 5.2 Modellparameter für Optimierung nach dem Betrag des
Impedanzverlaufs vor allem im Frequenzbereich 1-4 Hz bei
gleicher Masse mi 72
Tab. 6.1 Modellparameter für Optimierung nach dem Betrag des
Impedanzverlaufs vor allem im Frequenzbereich 1-4 Hz bei
gleicher Masse mi und normierter Masse rri2 75
Tab. 6.2 Parameter der Blattfedern für Einzelmodelle zur Nachbildung
der Impedanz des sitzenden Menschen in einer horizontalen
Schwingungsrichtung 79
Tab. 6.3 Parameter der für horizontale Modelle verwendbaren Federn 82
Tab. 6.4 Zuordnung der realen zu den theoretischen Federsteifigkeiten 83
Anh. 2, Tab. 1 Bewertungsfaktoren bei der Parameterberechnung 91
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| author | Kinne, Jens Latzel, Konrad |
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