Page 363 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 匡 昊，等：多轴振动对坐姿人体视在质量的影响研究 2821

方向振动输入对人-座椅接触面力响应的贡献量。 顺序所示，例如对于座板处的 x 向力响应，输入的振
图 3 展示了在三轴（x、y 和 z）和四轴（x、y、z 和 p）振 动加速度排序顺序为：a x 、a y 、a z 、a p 和 a n ，分别为 x、
动下坐姿人体在座板和靠背处力响应的功率谱密度 y、z 和 p 向的振动加速度信号及系统的噪声信号。
（power spectral density, PSD）。根据偏相干性的计算， 在 0.5~10 Hz 范围内，在三轴和四轴振动下，座
需要对输入源进行排序，各振动输入参考文献 [11] 板处 x、y 和 z 向的力响应主要受同向的振动输入影
中的方法进行排序后（以输入与响应信号之间的相 响，在靠背处 x 向的力响应中也能观察到类似的现
象。然而，对于靠背处 y 和 z 向的力响应，交叉轴振
干性大小从高到低进行排序），如每个图中图例显示
动输入的贡献增加，尤其是在 x 和 p 方向。贡献量分

a x a p a z a y a n
析的结果指出，尽管在多个方向上有振动输入，座椅
位置力响应仍主要受同轴振动影响，这表明多轴振
100
100
座板力PSD / (N 2 ·Hz −1 ) 50 三轴振动(xyz) 50 四轴振动(xyzp) 动激励并没有从根本上改变系统内振动输入的传导
路径。因此，减少同向振动输入的幅值是降低响应
0 0 幅值的最有效方法。
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100 三轴振动(xyz) 100 四轴振动(xyzp) 3.2 多轴振动下坐姿人体的视在质量
靠背力PSD / (N 2 ·Hz −1 ) 50 50 图 4 中，对 13 名受试者在单轴（x、y 或 z 向）、三

0 0 轴（x、y 和 z 向）以及四轴（x、y、z 和 p 向）振动下座
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椅座板和靠背处视在质量中值进行了比较，各向振
频率 / Hz
(a) x向力响应 动幅值均为 0.8 m/s 。与单轴振动下坐姿人体的视在
2
(a) Force responses in the x direction
质量相比，三轴和四轴振动下坐姿人体在座板和靠
40 三轴振动(xyz) 40 四轴振动(xyzp) 背处 x、y 和 z 向的视在质量共振频率均有所降低。
座板力PSD / (N 2 ·Hz −1 ) 20 20 在 此 前 提 下， 研 究 人 员 针 对 坐 姿 人 体 在 单 轴 、

0 0 三 轴 及 四 轴 振 动 环 境 下 的 视 在 质 量 特 性 开 展 了
8
4
6
8
6
4
2 三轴振动(xyz) 10 2 2 四轴振动(xyzp) 10 Wilcoxon 检验，结果如图 5 所示。图中，蓝色、黄色、
种 椭 圆 形 分 别 代 表
紫 色 与 红色
个 不 同 方 向 的
4
4
2
靠背力PSD / (N 2 ·Hz −1 ) 1 1 振动激励；椭圆形的重叠区域则对应三轴或四轴同
时施加振动激励的工况。重叠区域内的符号显示的
0 0 是多轴振动激励与单轴振动工况下，视在质量的主
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频率 / Hz 共振频率及主共振峰幅值经 Wilcoxon 检验后的结果。
(b) y向力响应 与单轴振动下坐姿人体的 x 向直线轴视在质量
(b) Force responses in the y direction
相比，在三轴和四轴振动下坐姿人体在座板处 x 向
300 三轴振动(xyz) 300 四轴振动(xyzp) 视在质量的主共振频率均出现显著变化（Wilcoxon
座板力PSD / (N 2 ·Hz −1 ) 200 200 检验，p<0.05），但其主共振峰幅值仅在三轴振动时发
100
100
生显著变化；就靠背处
x 向视在质量而言，三轴与四
0 0
2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 轴振动均使其主共振频率产生显著变化（Wilcoxon
4 三轴振动(xyz) 4 四轴振动(xyzp) 检验，p<0.05），而主共振峰幅值仅在四轴振动条件下
靠背力PSD / (N 2 ·Hz −1 ) 2 2 出现显著变化。 y 向直线轴视在质量，相较于单
对于坐姿人体的
0 0 轴振动情况，三轴和四轴振动均导致座板处 y 向视
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频率 / Hz 在质量的主共振频率与主共振峰幅值发生显著变化
(c) z向力响应 （Wilcoxon 检验，p<0.05）；靠背处 y 向视在质量的主
(c) Force responses in the z direction

共振频率仅在四轴振动时出现显著变化（Wilcoxon
注：图中右上角文字对应不同的多轴振动工况，图例对应各轴的振
检验，p<0.05），其主共振峰幅值在三轴与四轴振动下
动输入信号。
均无显著变化。
图 3 多 轴 振 动 下 座 椅 处 力 响 应 功 率 谱 密 度 中 值 的 堆 叠
条形图 对比单轴振动下坐姿人体的 z 向直线轴视在质
量，三轴和四轴振动中座板处 z 向视在质量的主共
Fig. 3 Stacked bar chart of the median PSD of forces at the
human-seat interface with multi-axis vibration 振频率及主共振峰幅值均有显著变化（Wilcoxon 检