Page 69 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 孙 超，等：三轴振动激励下的坐姿人体身体振动传递特性预测研究 1273

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仿真值 仿真值
3 试验值 3 试验值
传递率 2 R =0.99 R =0.94 R =0.98 传递率 2 R =0.98 R =0.94 R =0.96
2
2
2
2
2
2
1 1
0 0 0 0
相位 / rad −2 相位 / rad −2
−4
−4
−6
−8
−8 −6
0 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 4 8 12 16 20 0 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 4 8 12 16 20
频率 / Hz 频率 / Hz 频率 / Hz 频率 / Hz 频率 / Hz 频率 / Hz
(a) 前后方向 (b) 侧向 (c) 垂向 (a) 前后方向 (b) 侧向 (c) 垂向
(a) In fore-and-aft (b) In lateral (c) In vertical (a) In fore-and-aft (b) In lateral (c) In vertical
direction direction direction
direction direction direction

图 9 身高为 173 cm、体重为 81 kg 的受试者胸腔测点试验 图 11 身高为 173 cm、体重为 81 kg 的受试者盆骨测点试验
与模型预测传递函数对比 与模型预测传递函数对比
Fig. 9 Comparison of transmissibility between experiment and Fig. 11 Comparison of transmissibility between experiment and
model prediction at the chest measurement point for the
model prediction at the pelvis measurement point for
subject with a stature of 173 cm and weight of 81 kg the subject with a stature of 173 cm and weight of 81 kg

4
仿真值 的全身侧向振动和头部与上胸椎的反相侧倾振动，
3 试验值
传递率 2 R =0.99 R =0.91 R =0.96 而位于 5.1 Hz 附近的第四阶模态中的人体臀部和大
2
2
2
腿的振动与第二阶模态相似，但是其躯干主要表现
1
为一阶侧向弯曲振动。在 3.6、6.0 和 10.9 Hz 附近的
0 0
三阶模态中人体振动运动主要发生于坐姿人体的矢
−2
相位 / rad −4 状面内。其中，位于 3.6 Hz 的第三阶模态主要表现
为全身的前后振动，位于
10.9 Hz 的第五和六
和
6.0
−6
阶模态主要为全身的垂向振动和盆骨的俯仰振动。
−8
0 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 4 8 12 16 20 同 时， 第 六 阶 模 态 中 还 包 含 了 腰 椎 的 一 阶 弯 曲 振
频率 / Hz 频率 / Hz 频率 / Hz
(a) 前后方向 (b) 侧向 (c) 垂向 动。在上述人体模态振型中，坐姿人体在矢状面和
(a) In fore-and-aft (b) In lateral (c) In vertical
direction direction direction 冠状面内的运动没有发现明显的耦合现象。

图 10 身高为 173 cm、体重为 81 kg 的受试者腰椎 L3 测点试验
与模型预测传递函数对比 4 讨 论
Fig. 10 Comparison of transmissibility between experiment and

model prediction at the lumbar spine L3 measurement
4.1 靠背对坐姿人体振动传递函数的影响
point for the subject with a stature of 173 cm and
weight of 81 kg 本文在开展前述人体动力学试验时还测得了同
的铰接点和人体-座椅接触点的刚度、阻尼系数见附 批受试者在无靠背支撑下的身体振动传递函数。有/
录中表 A1。结果表明，3 个目标测点处试验和模型 无靠背支撑下的座椅到胸腔、腰椎 L3 和盆骨 3 个测
预测的三向传递函数拟合优度不小于 0.91，表明本 点处的身体振动传递函数对比如图 13 所示。无靠
文所建立的模型还可被用于研究受试者身体特征差 背支撑下，座椅到胸腔、腰椎和盆骨处 3 个位置前后
异对振动响应的影响。 身体振动传递函数的第一个峰值主要 1.3 Hz 附近，

且主要表现为人体躯干的前后俯仰振动，而在 3 Hz
3.3 计算模态分析
附近的第二共振峰处表现为上躯干与臀部和大腿的
基 于 模 型 预 测 的 位于 0.8、 2.5、 3.6、 5.1、 6.0 和 反相振动 [32] 。靠背支撑增强了人体与座椅接触刚度
10.9 Hz 附近共 6 个共振频率处的人体模态振型如 且限制了人体在矢状面内的俯仰振动，因此有靠背
图 12 所示。在 0.8、2.5 和 5.1 Hz 附近三阶模态中人 支撑时其第一个共振峰的频率增大到 3.6 Hz 附近，
体振动运动主要发生于冠状面内。其中，位于 0.8 Hz 且主要表现为全身前后振动。
的第一阶模态主要表现为头部与上躯干的侧倾转 对于侧向身体振动传递函数，无靠背支撑工况
动，位于 2.5 Hz 的第二阶模态主要表现为坐姿人体 下并未识别到位于 0.8 Hz 附近的共振峰，这可能是