人體振動
關注創建者：HBK聲學與振動 創建時間：2022-09-30
人體振動的實例教程
人體固有頻率特性
正常人體的固有頻率為7.5Hz左右（水平方向約3-6Hz，豎直方向約48Hz）。人體各器官的固有頻率為3～17Hz，頭部的固有頻率為8～12Hz，腹部內臟的固有頻率為4～6Hz。人體能感知的振動頻率范圍是1～1000Hz，站立的人對4～8Hz的振動最為敏感，躺臥的人對1～2Hz的振動最為敏感。
人體各部位固有頻率參考值（不同體態會有差異）
正是由于各部位固有頻率比較低的原因，次聲波對人體有很大的破壞作用，因為人體各部分的固有頻率都在次聲波的頻率范圍之內。次聲武器就是利用頻率低于20Hz的次聲波與人體發生共振，使共振的器官或部位發生位移和變形而造成人體損傷以至死亡的一種武器。有關部門已經做出相應規定：要求手工操作的各類機械頻率必須大于20Hz。
2.人體對振動的反應
人體對振動的敏感程度和工作方式也有很大的關系。如操作者通過他的手施加在工具或者工件上的力的大小和方向，人體暴露在振動中的面積和位置等。當頻率一定時，振動幅度越大對機體的影響越大。振動強度以人體對振動的感受程度來評價。
2.1 人體對振動的生理效應（全身振動）
全身振動生理效應
0~1Hz引起暈車；2-3Hz影響內臟器官；4~6Hz傷害脊柱......
2.2 人體對振動的舒適性反應（全身振動）
2.3 人體各部位振動響應
人體坐標定義：胸背-X，左右-Y，頭足-Z。人體Z方向最敏感頻率3-5Hz。
人體Z方向振動傳遞率
參考文獻：
《淺談共振的應用及其危害》
ISO 2631-2010（GB/T 13441）
GB/T 16441
展開 Brüel & Kj?r，作為先進的聲音與振動測量技術供應商，已在BK Connect?小程序概念中增加可用于人體振動分析的新款小程序。
BK Connect小程序基于BK Connect聲音與振動軟件平臺的許可模板，可以滿足針對行業和特定任務的特定分析需求。作為僅針對特定需求的解決方案出售，BK Connect小程序僅包含必要的工具和功能，從而為用戶提供了更加簡化和集中的測試過程。
新的人體振動分析小程序是在BK Connect小程序概念下發布的第七款小程序，它從職業健康和安全的角度著重于人體振動方面的分析，包括全身振動和手臂振動。
這款小程序符合ISO2631和ISO5349國際標準，并具有七種不同設置，以針對特定分析需求的不同測試，從而計算MTVV(最大瞬時振動值)、VTV(振動總值，矢量和)、VDV(振動劑量值)，結果還包含峰值、有效值、總值vs.時間、FFT、FFT vs. 時間，因此工程師可以對被測設備進行進一步分析。
BK Connect小程序家族
響度和總值分析小程序
滿足ISO 532-1的聲音響度計算，以及穩態和非穩態信號的總值分析。可與LAN-XI 數據采集硬件平臺內的任何單個模塊一起使用，最高支持12通道的數據分析，可搭配3676-B-040 型LAN-XI Light，極具價格優勢。
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FFT、CPB和總值分析小程序
專門用于穩態或非穩態信號的FFT、CPB（恒定百分比帶寬或1/3倍頻程）和總值分析。可與LAN-XI 數據采集硬件平臺內的任何單個模塊一起使用，這意味著最高支持12 個通道的數據分析。支持3676-B-040 型LAN-XI Light模塊，價格親民，極具競爭力。
展開 長時間駕駛之后身體疼痛的罪魁禍首之一是全身振動（WBV），它可能導致疲勞、暈車甚至嚴重的健康問題。為了給汽車和其他應用設計減少 WBV 的系統，工程師需要高效地分析人體的振動效果。仿真可以助工程師一臂之力。
將負面振動減到最少
全身振動指傳遞到人體的任何振動。多年研究證明了物理治療和健身器械（比如下圖中的振動腰帶）產生的振動對健康有積極影響，但在其他領域產生的消極的副作用同時成為了更亟待解決的問題。全身振動的常見癥狀包括疲勞、背痛、暈動病，長時間振動還可能導致消化問題、視覺和平衡障礙、骨骼損傷等。當駕駛汽車或使用電動工具和重型裝備時，人們都能感覺到全身振動。
利用全身振動燃燒約 1950 脂肪的振動腰帶（也稱作“振動器”）。圖片由 Andrew Kuchling 拍攝，已獲 CC BY 2.0 授權，并通過 Flickr Creative Commons 分享。
為了更好地防范全身振動，工程師們分析了不同頻率的振動對人體的影響。模擬整個人體的反應相當耗費計算資源，一種替代方法是通過集總模型來簡化行為描述。為了模擬這樣的多體系統，工程師們可以使用“多體動力學模塊”，它是“結構力學模塊”和 COMSOL Multiphysics? 軟件的附加產品。
人體集總建模
本文所示的集總模型是彈簧-質量-阻尼器模型，包括三個主要部分：
人體
鞋子
地面
人體、鞋子和地面的集總模型。
這三個部分都可以使用集總機械系統接口的質量、彈簧 和阻尼器 節點進行建模。
四體模型是表征人體的常用模型，它包括五個彈簧、一個阻尼器和四個質量。這些質量各自擁有自由度（DOF），分類如下：
上部剛性
上部顫動
下部剛性
下部顫動
鞋中有一個彈簧、阻尼器、質量和 DOF。
展開 人們很早就認識到，人體直接暴露在振動環境下所受的影響可能是非常嚴重的，振動可能導致視力模糊、失去平衡、注意力不集中等影響，在某些情況下，某些頻率和水平的振動甚至可能會對人體內部器官造成永久性傷害。
過去50年來，研究人員一直在收集有關振動手持式電動工具對生理影響的數據。在使用鏈鋸的林業工人中，“白手指”綜合癥很常見。“白手指”會造成血管和神經組織的逐漸退化，患者失去操縱能力和手部的感覺。
首次公布的有關振動與人體的國際標準是ISO2631-1978，它規定了人體最敏感的頻率范圍內1分鐘至12小時的暴露時間限制曲線，即1 Hz至80 Hz。該標準的更高版本包含更多詳細信息。
這些建議涵蓋整個人體在三個支撐表面受到振動的情況，即站立者的腳、坐著的人的臀部和躺下的人的支撐區域。
標準建議手持式電動工具手柄上的最大允許振動譜
三個嚴重性標準：
舒適度降低的邊界，適用于客運等領域
疲勞效率降低的邊界，與車輛駕駛員和機器操作員有關
暴露極限邊界，對健康有危險
有趣的是，在縱向方向上，即腳對頭，身體對4-8 Hz頻率范圍內的振動最敏感。在橫向方向上時，身體對頻率范圍為1-2 Hz的振動最敏感。
使用鋰電池供電的LAN-XI分析儀可用于測量振動運動對人體造成不適或損害的可能性。
展開 軌道減振與控制實驗室
提要
本文節選自 專著：劉維寧,馬蒙 等《地鐵列車振動環境影響的預測、評估與控制》（科學出版社,2014）之第4章《環境振動評價與控制標準》，本章由馬蒙執筆撰寫，劉維寧審定。
編寫整理本系列微文時，結合北京交通大學研究生課程課件、以及最新國內外資料，對原文進行了部分增刪。
標準重要參數
標準來源：國際標準ISO2631-1，ISO2631-2
適用范圍：評價建筑物內人體全身振動（連續振動及沖擊振動）
頻率范圍：1-80Hz
頻率計權：推薦Wm
時間常數：推薦1s
測量量 ：加速度
評價指標：r.m.s計權值，最大瞬態振動值（運行r.m.s.），振動計量值（VDV）
測試要求：最大幅值方向
標準簡介
國際標準ISO2631-2-1989采用基準曲線來規定人們在不同類型建筑物內所能承受的振動限制，即人體可接受的建筑物振動限制=基準曲線值×放大系數。基準曲線值見圖1，放大系數取值見表1。
圖1 ISO2631-2-1989規定的建筑物振動基準曲線
表1 ISO2631-2-1989給出的建筑物振動放大系數
圖1中的x軸、y軸和z軸方向和圖2中的規定一致；對于x軸和y軸方向的振動，加速度有效值在1～2Hz內的基準值為 ；對于z軸方向的振動，在4～8Hz內的基準值為 。表1中列出的間歇性振動主要指打樁機、路面破碎機、起重機等重力機械、軌道交通和其他的路面交通振源引起的振動；瞬態振動主要指周期小于2s的短周期振動或脈沖振動。
根據上述規定，標準中以計權振動加速度級的形式給出了建筑物振動的限值，如表2所示。
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人體對振動的靈敏度取決于振動頻率，人體對振動最敏感的頻率范圍是2-20Hz，在這個頻率范圍內感覺域是0.003g,不快域是0.05g，不可忍域是0.5g，電機的振動波形式不是單一的正弦波，而是由許多不同頻率成分的波形成。
使用鋰電池供電的LAN-XI分析儀可用于測量振動運動對人體造成不適或損害的可能性。
垂直方向以4~8Hz的振動感覺最為強烈
- 振動對人體的影響
2.人體對振動的反應
人體對振動的敏感程度和工作方式也有很大的關系。如操作者通過他的手施加在工具或者工件上的力的大小和方向，人體暴露在振動中的面積和位置等。當頻率一定時，振動幅度越大對機體的影響越大。振動強度以人體對振動的感受程度來評價。
一方面，需要調查和預測人體對低頻振動的敏感性。
為了激發學生對這一前沿領域的興趣和科研熱情,拓寬學生的知識面,該文設計了基于摩擦發電的高靈敏度自供電加速度傳感器.通過選取摩擦靜電序列差異較大的摩擦副材料,提高傳感器的輸出性能.金屬質量塊置于摩擦副的上表面,通過響應環境振動信號來驅動摩擦層進行接觸分離運動,使傳感器輸出與振動信號振幅對應的電信號.實驗結果表明,所研制的傳感器無需外界電源供電,其輸出靈敏度高達20.4 V/(m·s~(–2)),可廣泛用于實驗室物品掉落,傾倒,人體摔倒等振動信號檢測
新的人體振動分析小程序是在BK Connect小程序概念下發布的第七款小程序，它從職業健康和安全的角度著重于人體振動方面的分析，包括全身振動和手臂振動。
此外，道路隨機激勵經懸架衰減、過濾后的頻率一般不超過2.5 Hz，而人體對水平方向振動敏感區一般為1 Hz～2 Hz，垂向敏感區為4 Hz～8 Hz。對動力總成的固有頻率進行設計時，應避開上述車身固有頻率、路面激勵頻率及人體對振動的敏感頻率范圍[2]，因此，確定動力總成固有頻率設計目標為：Z 方向固有頻率在9 Hz～25 Hz，其他方向固有頻率均分布在6 Hz～25 Hz。
為了給汽車和其他應用設計減少 WBV 的系統，工程師需要高效地分析人體的振動效果。仿真可以助工程師一臂之力。
將負面振動減到最少
全身振動指傳遞到人體的任何振動。多年研究證明了物理治療和健身器械（比如下圖中的振動腰帶）產生的振動對健康有積極影響，但在其他領域產生的消極的副作用同時成為了更亟待解決的問題。
它可以通過人體運動和振動產生電力。當這兩種材料結合到一起時，你只需拍拍手或者跺跺腳，就可以產生出被接有電線的外部電路檢測到的電壓。電能通過電路，存儲在電容或者電池中，在需要時再使用。
