Individualisierbares Finite-Elemente-Modell des sitzenden Menschen zur Berechnung der Beanspruchungen bei Vibrationsanregung in verschiedenen Raumrichtungen und Stoßanregung an einer Reihe von Körperstellen - Ganzkörpermodell und Submodell der unteren Lendenwirbelsäule:
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Bremerhaven
Wirtschaftsverl. NW., Verl. für Neue Wiss.
2003
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Seite
Kurzreferat 7
Abstract 8
1 Einleitung 9
1.1 Einordnung 9
1.1.1 Problemstellung 9
1.1.2 Abgrenzung: Phenomänologische vs. anatomische Modelle 10
1.2 Stand der Forschung 11
1.2.1 Aktuelle Ganzkörpermodelle 12
1.2.1.1 Kitazaki und Griffin 12
1.2.1.2 Fritz 12
1.2.1.3 Modelle für BAuA 12
1.2.2 Aktuelle Teilmodelle der Lendenwirbelsäule 13
1.2.2.1 Modell von Kumaresan 13
1.2.2.2 Modelle der Gruppe um Rohlmann 14
1.3 Ausgangspunkt 14
1.3.1 Abbildung der Lendenwirbelsäule und ihrer Teile 15
1.3.2 Abbildung der Muskulatur 15
1.3.3 Abbildung des Bauchraums 16
1.3.4 Abbildung der restlichen Körperteile 17
1.4 Zielsetzung 17
1.5 Begriffsbestimmung / Definitionen 18
1.5.1 Koordinatensystem 18
2 Lineares Ganzkörpermodell des sitzenden Menschen für
kombinierte Anregungen 19
2.1 Vereinfachung des Modells von Bück 19
2.1.1 Abbildung der Wirbelkörper als starre Körper 19
2.1.2 Statische Kondensation der Lendenwirbelsäule 20
2.1.2.1 Grundlagen der statischen Kondensation 20
2.1.2.2 Bedeutung der statischen Gleichgewichtslage 22
2.1.2.3 Vorüberlegungen 24
2.1.2.4 Durchführung 25
2.1.2.5 Elimination des Einflusses der Bauchsteifigkeit 26
2.1.3 Vereinfachende Beschreibung der Energiedissipation 26
2.1.4 Ergebnisse der Vereinfachung 27
2.1.4.1 Statik 28
2.1.4.2 Eigenverhalten 29
2.1.4.3 Schwingungsanregung am Gesäß 30
2.1.5 Vereinfachtes Gesamtmodell 32
2.2 Individualisierung 33
2.2.1 Modellgeometrie 33
2.2.1.1 Anthropometrische Maße 33
2.2.1.2 Dimensionslose Geometriefaktoren 35
2.2.2 Modelleigenschaften 36
2.2.2.1 Trägheitseigenschaften 36
2.2.2.2 Eigenschaften der LWS 39
2.2.2.3 Kontaktparameter zur Unterlage 43
2.2.3 Individualisierung des Bauchraummodells 46
2.2.4 Individualisierung des Muskelmodells 48
2.2.4.1 Vorüberlegungen 4°
2.2.4.2 Statische Muskelkräfte y
2.2.4.3 Eigenschaften der Muskeln °1
2.2.5 Umsetzung im Präprozessor j~
2.3 Adaption der Haltung rT
2.3.1 Beschreibung der Haltung durch Körperpunkte und Winkel 54
2.3.2 Anpassung des Lendewirbelsäulenmodells an die Haltung 5°
2.3.2.1 Geometrische Anpassungen ~j
2.32.2 Steifigkeitsmatrizen °5?
2.3.2.3 Dämpfungseigenschaften 61
2.3.3 Einfluss der Haltung auf die Muskelkraftverteilung
2.3.3.1 Stabilisierung des Beckens
2.3.3.2 Wahl der Schnittebene bei der Optimierung ^2
2.3.3.3 Lehnenkontaktkraft bei angelehnter Haltung °
2.3.4 Haltungsabhängigkeit der Kontaktparameter zur Unterlage und
Lehne 67
2.3.4.1 Harte Unterlage 67
2.3.4.2 Nachgiebige Unterlage 68
2.3.4.3 Pkw Sitze 69
2.3.4.4 Rückenlehne 70
2.4 Verifikation 72
2.4.1 Rückblick: Verifikation des Modells von Bück 72
2.4.1.1 Strategie 72
2.4.1.2 Verifikation von Teilmodellen 73
2.4.1.3 Verifikation des Gesamtmodells 73
2.4.2 Verifikation des statischen Verhaltens 74
2.4.2.1 Gleichgewicht unter Gravitation 74
2.4.2.2 Kraftanteile in angelehnter Haltung 75
2.4.2.3 Muskelkraftverteilung 76
2.4.3 Verifikation des dynamischen Verhaltens auf hartem Sitz 78
2.4.3.1 Datenbasis 78
2.4.3.2 Aufrechte Haltung 81
2.4.3.3 Entspannte und vorgeneigte Haltung 8^
2.4.4 Verifikation des dynamischen Verhaltens auf nachgiebigem Sitz /
Berücksichtigung der Lehne 87
2.4.4.1 Datenbasis 87
2.4.4.2 Abbildung der Schwingungsanregung des Menschen auf
nachgiebigen Sitzen 88
2.4.4.3 Pkw Haltung, Harter Messsitz 90
2.4.4.4 Entspannte Haltung, Schwingschutzsitz 92
2.5 Ergebnisse 94
2.5.1 Ergebnisse im Frequenzbereich 95
2.5.1.1 Einfluss von Schwingschutzsitzen 95
2.5.1.2 Einfluss der Haltung 97
2.5.1.3 Verhältnisse elastische und Dämpferkräfte in der LWS
2.5.2 Ergebnisse im Zeitbereich 1^0
2.5.2.1 Einfluss der Korpulenz 10°
2.5.2.2 Einfluss von Haltung und Individuum 1^2
2.5.2.3 Bandscheibenkräfte in Pkw Haltung 104
2.5.2.4 Einfluss der Kokontraktion 105
3 Submodell der unteren Lendenwirbelsäule 107
3.1 Modellgeometrie und Vernetzung 108
3.1.1 Parametrisierte Vernetzung 109
3.2 Grad der räumlichen Diskretisierung 109
3.2.1 Konvergenzstudie 110
3.2.2 Modellparameter 111
3.3 Materialeigenschaften 112
3.3.1 Materialien des Wirbelkörpers 112
3.3.1.1 Lineare Elastizität 112
3.3.1.2 Modell Ansätze für Spongiosa 113
3.3.1.3 Modellansätze für Kompakta 114
3.3.2 Modellabbildung des Nucleus 115
3.4 Schnittstelle zum Ganzkörpermodell 117
3.4.1 Grundlegende Vorgehensweise 117
3.4.2 Anpassung an Geometrie und Haltung 118
3.4.3 Statische und dynamische Beanspruchungen 118
3.5 Verifikation 120
3.6 Ergebnisse 121
3.6.1 Beanspruchungsverteilung in der LWS 121
3.6.2 Einfluss der Haltung 123
3.6.3 Statische und dynamische Beanspruchung 125
3.6.4 Einfluss des Individuums 126
4 Nichtlineares Ganzkörpermodell des sitzenden Menschen für
vertikale Anregung 127
4.1 Einordnung 127
4.1.1 Charakteristika nichtlinearen Verhaltens 127
4.1.2 Berechnung im Zeitbereich 129
4.2 Datenbasis 131
4.2.1 Messergebnisse 131
4.2.2 Simulationen 136
4.2.2.1 Vereinfachtes Modell 136
4.2.2.2 Untersuchungen am Gesamtmodell 136
4.2.3 Bewertung der Datenbasis / Anforderungen an zukünftige
Messungen 141
4.3 Schlussfolgerungen für die Modellierung 142
4.3.1 Analyse des Anregungssignals 142
4.3.2 Umsetzung im Modell 143
4.4 Ergebnisse 144
4.4.1 Verifikation 144
4.4.2 Berechnungen 147
4.4.2.1 Rauschsignal 147
4.4.2.2 Praxissignal 152
4.4.2.3 Vergleich nichtlineare Zeitbereichsrechnung
Frequenzbereichsrechnung 157
4.4.3 Diskussion der Berechnungsergebnisse 157
4.4.4 Ausblick 158
5 Zusammenfassende Bewertung 159
6 Ausblick 161
6.1 Weiterentwicklung des Modells 161
6.2 Messtechnische Untersuchungen 161
Literatur 163
Verwendete Symbole / Abkürzungen 170
Anhang 175
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| spelling | Hofmann, Jörg Verfasser aut Individualisierbares Finite-Elemente-Modell des sitzenden Menschen zur Berechnung der Beanspruchungen bei Vibrationsanregung in verschiedenen Raumrichtungen und Stoßanregung an einer Reihe von Körperstellen - Ganzkörpermodell und Submodell der unteren Lendenwirbelsäule J. Hofmann ; St. Pankoke ; H. P. Wölfel. [Hrsg.: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin] Individualisierbares FE-Modell des sitzenden Menschen zur Berechnung der Beanspruchungen bei dynamischer Anregung - Ganzkörpermodell und Submodell LWS Bremerhaven Wirtschaftsverl. NW., Verl. für Neue Wiss. 2003 187 S. Ill., graph. Darst. : 21 cm, 248 gr. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin : Forschung 994 : Arbeitsmedizin Literaturverz. S. 163 - 169. - NT: Individualisierbares FE-Modell des sitzenden Menschen zur Berechnung ... Sitzen (DE-588)4128909-2 gnd rswk-swf Finite-Elemente-Methode (DE-588)4017233-8 gnd rswk-swf Lendenwirbelsäulenkrankheit (DE-588)4035317-5 gnd rswk-swf Ganzkörperschwingung (DE-588)4125545-8 gnd rswk-swf Nichtlineares dynamisches System (DE-588)4126142-2 gnd rswk-swf Dreidimensionales Modell (DE-588)4475269-6 gnd rswk-swf Sitzen (DE-588)4128909-2 s Ganzkörperschwingung (DE-588)4125545-8 s Lendenwirbelsäulenkrankheit (DE-588)4035317-5 s Nichtlineares dynamisches System (DE-588)4126142-2 s Dreidimensionales Modell (DE-588)4475269-6 s Finite-Elemente-Methode (DE-588)4017233-8 s DE-604 Pankoke, Steffen Verfasser aut Wölfel, Horst Peter 1941- Verfasser (DE-588)122426541 aut Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Forschung ; 994 : Arbeitsmedizin (DE-604)BV011499960 994 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=010609226&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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