Page 360 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 38 卷第 11 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 38 No. 11
2025 年 11 月 Journal of Vibration Engineering Nov. 2025

多 轴 振 动 对 坐 姿 人 体 视 在 质 量 的 影 响 研 究

匡 昊 ， 邱 毅 ， 刘 迟 ， 郑 旭 1
1,2
1
1
（1. 浙江大学能源工程学院，浙江 杭州 310013； 2. 福耀科技大学运载与智慧交通学院，福建 福州 350109）

摘要：研究坐姿人体在多轴振动下的视在质量对于指导农业和工业机械的减振设计具有重要意义。然而，多轴振动的频率、
方向和振幅对视在质量的影响机理尚不明确。本研究测量了 13 名受试者在纵向（x）、横向（y）、垂向（z）和俯仰（p）振动组合
激励下人体的视在质量，并量化了各方向振动对人体生物动力学响应的贡献。结果表明，在多直线轴（x、y 和 z）和多直线轴
耦合俯仰（x、y、z 和 p）振动下，人体 x、y 和 z 向的生物动力学响应都主要受其同向振动输入的影响。在多轴振动与单轴振动
下，人体在座椅座板处 x、y 和 z 向的视在质量共振频率之间存在显著差异。基于多轴振动加权和线性回归算法，建立了多轴
振动下人体视在质量共振频率的预测模型，并通过粒子群优化算法确定了预测模型中各向振动的最优权重组合。
关键词： 多轴振动；坐姿人体；生物动力学；振动舒适性
中图分类号：U461.4；TP393 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202508085

Effect of multi-axis vibration on the apparent mass of seated human body

1
1,2
1
KUANG Hao ，QIU Yi ，LIU Chi ，ZHENG Xu 1
（1.College of Energy Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310013，China；
2.School of Vehicles and Intelligent Transportation，Fuyao University of Science and Technology，Fuzhou 350109，China）
Abstract：Studying the apparent mass of the seated human body exposed to multi-axis vibration is important in guiding vibration reduction
designs of agricultural and industrial machinery. However，the effect of frequency，direction，and magnitude of multi-axis vibration on the
apparent mass is not well understood. In this study， the apparent masses of 13 subjects exposed to stimuli with various combinations of
vibration in fore-aft (x)，lateral (y)，vertical (z)，and pitch (p) directions were measured，and the contribution of vibration in each direction to
biodynamic response was quantified. The results showed that the resonance frequencies of apparent mass in x，y，and z directions at the seat
pan with multi-axis vibration excitation differed significantly from those with single-axis vibration excitation. With tri-axial (x，y，and z) and
four-axis (x， y， z， and p) vibration， the forces in x， y， and z directions at the seat pan were dominated by the in-line vibration，
respectively. For predicting the resonance frequencies of the apparent mass with multi-axis vibration excitation，the method of calculating the
magnitude of multi-axis vibration with weighting factors for vibration in each direction was applied，and an optimal combination of weightings
that makes the magnitude of multi-axis vibration have a higher correlation with the resonance frequency of apparent mass was obtained by the
optimization algorithm.
Keywords：multi-axis vibration；seated human body；biodynamics；vibration comfort

在汽车、火车、飞机、轮船等交通工具的行驶过 在人体生物动力学的研究中，诸如视在质量之
程中，人体通常会受到多轴向振动的影响，包括纵 类的频率响应函数已被广泛用于表征人体在振动下
向、横向、垂向的直线轴振动，以及侧倾、俯仰、偏 的动态响应。视在质量定义为以人-座椅接触面上
航的角振动。在工程机械、农用和越野等车辆中， 的振动加速度信号为输入，力信号为输出计算得到
驾乘人员会长期暴露在以纵向、横向、垂向和俯仰 的频响应函数。对于坐姿人体而言，视在质量的共
振动为主的高幅值多轴振动激励下。这种恶劣的驾 振频率对应于人体的模态频率 [4-6] ，在该频率下放大
乘环境会对人员的生理和心理健康造成显著的负面 的振动会引起人体极大的不适。由于实验条件的限
影响 [1-3] ，甚至导致不可逆的身心损伤。研究坐姿人 制，以往大多数研究都集中于人体在单轴振动下的
体在纵向、横向、垂向和俯仰振动耦合激励下的生 视在质量特性。当坐姿人体受到纵向、横向和垂向
物动力学响应特性，对于降低车辆振动、提高驾乘 的单轴振动时，人体在座椅座板处的直线轴视在质
人员的乘坐舒适性具有重要意义。 量（振动输入和力响应同向）的主共振频率分别在

收稿日期：2025-08-15；修订日期：2025-09-22