人體振動的案例
人體固有頻率及對振動的響應
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 BK Connect人體振動分析小程序全新發布，滿足您的特定分析需求
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。
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展開 使用 COMSOL 軟件研究人體集總模型中的振動
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 測量振動 | 人體振動測量
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 
考慮人體反應的交通環境振動控制標準（1）ISO標準
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。
展開 考慮人體反應的交通環境振動控制標準（3）德國標準
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：德國標準DIN 4150-2:1999
適用范圍：建筑物內振動對人體影響
頻率范圍：1-80Hz
頻率計權：DIN45669-1計權規定（與Wm近似）
時間常數：0.125s
測量量 ：速度
評價指標：最大計權振動強度KBFmax，平均振動強度KBFTr
測試要求：三個方向，樓板最大振動位置處
標準簡介
德國標準DIN4150-2-1975主要是采用感知度KB來表示振動的嚴重程度，其計算公式為
表1所示為不同KB值對應的人體的感受。如果參考速度取得不同，等感級也不同。通常ISO標準選取v0=10-9 m/s，德國文獻常選取v0=5*10-8 m/s。表2列出了該規范規定的人在住宅區和其他區域建筑物內受振動影響時感知度KB的容許值。
表1 等感值分級表
表2 DIN4150-2規定的人在建筑物內感受振動時的KB容許值
*有水平振動并且振動頻率小于5Hz的建筑區應遵守括弧內的值。
將測量到的振動速度代入上式，則可求得KB值。如測試的是位移和加速度可利用加速度、位移與速度關系式進行轉化。將整個測試階段內由振動試驗得來的KB的最大絕對值定義為KBFmax，然后分別按照建筑物的用途、振動發生的頻繁程度、振動影響的持續時間以及振動發生的時間，與規范中的參考值KB作比較。
展開 考慮人體反應的交通環境振動控制標準（2）奧地利標準
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：奧地利標準?NORM9012:2010
適用范圍：陸地交通引起建筑物內振動（包括結構噪聲）
頻率范圍：1-80Hz
頻率計權：Wm
時間常數：1s
測量量 ：加速度
評價指標：最大加速度Emax，平均等效加速度Er
測試要求：最大幅值方向（通常為樓板跨中），臥室中靠近床的地面
標準簡介
奧地利標準?NORM9012對于鐵路或公路引起的室內振動，根據城市區域和時間范圍的不同，給出了兩級需求——滿意和良好保護。
表1、2中分別給出了關于Emax和Er的兩個上限限值。
其中，Emax為任意類型列車引起的最大加速度，這是一個基于運行rms指標的最大值；
Er為整趟列車通過的等效加速度，這是一個與交通相關的時間計權平均量。
展開 電驅動總成NVH開發重點
NVH的度量及表征
- 振動對人體影響的頻率特征
人對不同頻率的振動感受不同
一般只對50Hz以下的振動有明顯的感覺
水平方向以1~2Hz的振動感覺最為強烈
垂直方向以4~8Hz的振動感覺最為強烈
- 振動對人體的影響
舒適性
展開 電機振動噪聲的產生以及控制：振動和噪聲的來源
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。
電動機產生振動，會使繞組絕緣和軸承壽命縮短，影響滑動軸承的正常潤滑，振動力促使絕緣縫隙擴大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低和泄露電流增大，甚至形成絕緣擊穿等事故。另外，電動機產生振動，又容易使冷卻器水管振裂，焊接點振開，同時會造成負載機械的損傷，降低工件精度，會造成所有遭到振動的機械部分的疲勞，會使地腳螺絲松動或斷掉，電動機又會造成碳刷和滑環的異常磨損，甚至會出現嚴重刷火而燒毀集電環絕緣，電動機將產生很大噪音，這種情況一般在直流電機中也時有發生。電動機振動的十個原因：
轉子、耦合器、聯軸器、傳動輪（制動輪）不平衡引起的。
鐵心支架松動，斜鍵、銷釘失效松動，轉子綁扎不緊都會造成轉動部分不平衡。
聯動部分軸系不對中，中心線不重合，定心不正確。這種故障產生的原因主要是安裝過程中，對中不良、安裝不當造成的。
展開 [轉貼] 什么是NVH？
NVH是指Noise(噪聲)，Vibration(振動)和Harshness(聲振粗糙度)。由于以上三者在機械振動中是同時出現且密不可分，因此常把它們放在一起進行研究。聲振粗糙度是指噪聲和振動的品質，是描述人體對振動和噪聲的主觀感覺，不能直接用客觀測量方法來度量。由于聲振粗糙描述的是振動和噪聲使人不舒適的感覺，因此有人稱Harshness為不平順性。又因為聲振粗糙度經常用來描述沖擊激勵產生的使人極不舒適的瞬態響應，因此也有人稱Harshness為沖擊特性。
舉個例子，當汽車通過接縫或凸包時將產生瞬態振動（Harshness），它包括沖擊和緩沖兩種感覺。系統剛度越大，車身瞬態振動的幅值越大，沖擊越嚴重，同時固有頻率增加使振動衰減變快，緩沖的效果變好。同時它還給出了利用多元回歸模型得到的沖擊和緩沖方面感覺等級的經驗公式。總的說來，聲振粗糙度描述是振動和噪聲共同產生的使人感到極度疲勞的感覺。簡單地講，乘員在汽車中的一切觸覺和聽覺感受都屬于汽車NVH特性研究的范疇，此外，還包括汽車零部件由于振動引起的強度和壽命等問題。從NVH的觀點來看，汽車是一個由激勵源（發動機、變速器等）、振動傳遞器（由懸掛系統和邊接件組成）和噪聲發射器（車身）組成的系統。汽車傳動系統NVH特性研究是以汽車傳動系統作為研究對象的，是屬于于汽車整車NVH特性研究的子系統。目前的研究來看，汽車傳動系統NVH特性研究主要是研究由發動機作為一個激勵源產生的或汽車處于某種工況下的傳動系統NVH特性。國外對動力傳動系振動特性的研究起步較早，國外先進的汽車廠家從80年代以來已經將汽車結構的動態特性納入產品開發的常規內容。
展開 解析汽車平順性試驗
汽車的平順性是指汽車在行使過程中乘員所處的振動環境具有一定的舒適度和保存貨物完好的性能。汽車對人體的振動是通過方向盤、座椅和地板三個部位傳遞到人體，其中汽車方向盤振動通過方向盤傳遞到人的手和手臂系統，這種振動屬于局部振動范疇，而座椅和地板將振動傳到人體全身，屬于全身振動范疇。根據ISO 2631或國標4970-2009，汽車的平順性應按全身振動來評價。
平順性概述
汽車行駛過程中，由于路面不平、車速的變化等因素激起汽車振動，而乘員處于這樣的振動環境中，振動影響著乘員的舒適性、工作效能和身體健康。保持振動環境的舒適性，以保證駕駛員在復雜的行駛和操縱條件下，具有良好的心理狀態和準確靈敏的反應，它影響人車系統的操縱穩定性，對確保行駛安全起非常重要的作用。
分析與控制汽車的噪聲與振動，可以將任何一個振動噪聲系統按“源-路徑-接受者”模型來表示，實際上，也可以稱為“輸入-振動系統-輸出”模型，如圖1所示。汽車的平順性也可由圖1所示的汽車振動系統模型來分析。汽車受到的“輸入”主要是由汽車以一定的車速駛過隨機的路面不平度所引起，這個輸入經過由輪胎、懸架、車身、座椅等彈性阻尼元件和懸掛質量、非懸掛質量構成的振動系統，傳遞到懸掛質量或人體，這兩部分的加速度就是“輸出”的振動物理量（加速度）。然后根據人體對振動的反應：乘員的舒適程度，來評價汽車的平順性。汽車振動系統的“輸出”通常還要同時考慮車輪與路面之間的動載荷，它與車輪接地性有關，影響操縱穩定性。
圖1 平順性的“輸入-振動系統-輸出”模型
2.數據采集要求
根據標準GB/T 4970-2009，汽車平順性評價具有以下要求：
1. M類車輛：采集駕駛員及同側后排座椅座墊上方、座椅靠背及腳步地板三個位置，每個位置測量三個方向的振動。
展開 
《汽車系統動力學》
目錄
前言
常用符號表
緒篇 概論和基礎理論
第一章 車輛動力學概述
第一節 歷史回顧
第二節 研究內容和范圍
第三節 車輛特性和設計方法
第四節 術語、標準和法規
第五節 發展趨勢
參考文獻
第二章 車輛動力學建模方法及基礎理論
第一節 動力學方程的建立方法
第二節 非完整系統動力學
第三節 多體系統動力學方法
參考文獻
第三章 充氣輪胎動力學
第一節 概述
第二節 輪胎的功能、結構及發展
第三節 輪胎模型
第四節 輪胎縱向力學特性
第五節 輪胎垂向力學特性
第六節 輪胎側向力學特性
參考文獻
第四章 空氣動力學基礎
第一節 概述
第二節 空氣的特性
第三節 伯努利方程
第四節 壓力分布和壓力系數
第五節 實際氣流特性概述
第六節 空氣動力學試驗
第七節 車輛空氣阻力
參考文獻
第一篇 縱向動力學
第五章 縱向動力學性能分析
第一節 動力的需求與供應
第二節 動力性
第三節 燃油經濟性
第四節 驅動與附著極限和驅動效率
第五節 制動性
參考文獻
第六章 縱向動力學控制系統
第一節 防抱死制動控制
第二節 驅動力控制系統
第三節 車輛穩定性控制系統
參考文獻
第七節 動力傳動系統的振動分析
第一節 扭振系統的激振源
第二節 扭振系統模型與分析
第三節 動力傳動系統的減振措施
參考文獻
第二篇 行駛動力學
第八章 路面輸入及其模型
第九章 與平順性相關的部件
第十章 人體對振動的反應
第十一章 行駛動力學模型
第十二章 可控懸架系統
第三篇 操縱動力學
第十三章 基本操縱模型
第十四章 基本操縱模型的擴展
第十五章 操縱動力學性能及實例分析
第十六章 轉向系統動力學及控制
第四篇 車輛計算機建模與仿真
第十七章 車輛動力學計算方法與軟件
第十八章 MATLAB環境下的車輛系統建模、仿真與控制器設計實例
第十九章 應用ADAMS軟件的多體動力學實例分析
名詞索引
展開 純電動轎車三電匹配研究
由于電動汽車不存在內燃機的燃燒過程，動力來源于電機，且動力傳輸路徑也有別于傳統內燃機汽車，其懸置系統所受內部激勵不同，主要為：
(1) 電磁激勵，主要包括電機定、轉子氣隙中的電磁力作用產生的電磁振動以及電機磁場和外部電路相互作用產生的振動；
(2) 機械激勵，主要包括轉子機械不平衡產生的振動，以及由同時嚙合齒對數的變化、輪齒受載變形、齒輪制造誤差等因素所引起的齒輪傳動系內部激勵[8]。
1.2 電動汽車動力總成設計要求
考慮該型電機常用工作狀態3 000 r/min時的激振頻率為50 Hz，根據隔振原理，固有頻率要小于激振頻率的倍，系統才能有效隔振，工程實際中通常要求頻率比在2～5 之間，本文取此值為2。對于承載式車身的轎車，其整車縱向、橫向、垂向以及橫擺方向的固有頻率大致在5 Hz以下，俯仰和側傾的固有頻率通常不到2 Hz。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。
設計動力總成懸置系統時，應盡量使其在6 個方向的振動互不耦合。本文應用能量解耦法進行計算，在合理配置懸置系統固有頻率的基礎上，將能量分布的設計目標確定為各方向均大于90%。
在各種行駛工況下，須保證動力總成與周圍其他零部件不發生撞擊、干涉，評估車輛在多種典型和極限工況下的動力總成質心位移和懸置元件的受力、變形狀況，將動力總成質心的位移控制在指定范圍內，懸置在各彈性主軸方向的變形應處于指定工作點[5]。因此，建立如表1所示的動力總成的質心位移設計目標。
展開 Comsol基于摩擦發電原理的自供電運動傳感器仿真 ￥1800
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p> <img src="https://img.jishulink.com/upload/202012/03b6f11d1d224b0e917dfb3107ee9959.gif"> </p><p> 之前在NANO有一篇論文，描述了自供電運動傳感器仿真，采用了摩擦發電的原理：</p><p><span style="color: rgb(102, 102, 102); background-color: transparent;">摩擦納米發電機因其制備簡單,瞬時功率大,成本低等優勢,在環境能量采集和自供電傳感器設計方面具有廣泛的應用前景.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.相關教學實驗提高了學生的科研素養,創新思維和工程實踐能力.
展開 案例分享 | 斯堪尼亞公交車：Actran NVH新功能提高了通勤者的舒適度
在考慮車內NVH舒適性方面，驅動最終車輛內部聲音和振動水平有多種因素。一方面，需要調查和預測人體對低頻振動的敏感性。在這些頻段內，道路和動力系統的激勵是車身振動的主要原因；另一方面，輔助裝置產生高頻噪聲，這正是人的耳朵非常敏感的頻段，所以也需要關注；最后，電動動力系統也很重要，不僅是在汽車行業，在公共交通領域，也常常采用電動動力系統，這樣會產生高頻的激勵。
MSC軟件解決方案
為了覆蓋更寬的頻率，斯堪尼亞巴士計算團隊正在研究能夠滿足新要求的合適方法，既可以利用有限元模擬中的經驗，現有的有限元模型也可以被再次利用。
從有限元到統計能量
“有了Actran 虛擬統計能量方法，我們現有的有限元模型能夠被重新利用，這對于我們來說是最好的狀態。” Per Olof Berglund，斯堪尼亞巴士高級NVH CAE工程師說道。使用Actran SEA模塊和虛擬統計能量方法，CAE工程師確實能夠使用他們現有的有限元聲振耦合模型（模態振性和特征值）去創建一個統計能量模型。
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