不同冲击力作用下人体动力学响应特性研究

为研究人体的冲击动态响应特性，６位受试者以坐姿承受垂直位冲击实验。冲击加速度为３Ｇ、５Ｇ、１０Ｇ左右。１１只猴各承受了１～５０Ｇ连续冲击。测试了受试对象多个部位的响应。人及猴响应的加速度峰值与座椅加速度峰值基本上呈正相关关系。由于不同部位主共振峰一致，表明人体是以整体对冲击响应的，冲击Ｇ值的大小影响人体频响特性。随着冲击Ｇ值的增加，人体的共振频率左移，第二峰的峰值随着增高，１０Ｇ时基本上融合为一个共振峰，致使主共振频率的峰值右移，显示出非线性。该规律与作者的振动研究结果一致。结果提示对于非线性系统可分段线性化逼近，可分别用不同的单自由度线性模型估计人体的动态响应。文中还讨论了冲击动态响应研究的方法学问题。

家狗随机振动响应及非线性特性的试验研究

为研究动物的动力学响应特征,在6条狗体内不同部位植入了加速度传感器。观察了头尾向随机振动下L_5、L_6、L_7、肝、胃、胸臂和腹壁的传递性。振动频率为1～250Hz,加速度为1、2、3G。不同部位传递函数的幅频特性表明共振频率相近,但相位差有别。动物共振频率随着振动G 值的增加而降低。并且还证明部分腹腔内脏的响应可由体表胸腹壁的响应评价。

不同方向随机振动下人体动态响应特性的研究

53位受试者以坐姿承受了X、Y、Z方向的随机振动。测量了头、肩、胸、腹、髂部的传递函数以研究背带束缚、改变振动G值对人体动态响应的影响。结果表明,不同人体对同一方向振动的频响曲线相似。在增加振动幅值时人体共振频率下降,表现出非线性特征。Y向振动时观察到100Hz左右人体髂部有共振。这些发现有继续深入研究的价值。

弹射救生用人体数学模型

利用人体弹射试验数据建立起人体动力学特性的数学模型(简称人体数学模型)。模型的动态响应特性分析可以解决一些与弹射有关的人体工程学问题。根据人体的最大动态超调,结合椎骨强度可确定人体耐受弹射加速度的限度。从防护角度出发,分析座垫对人体受力的影响和人体响应的时相特点而要求座垫厚度必需很薄。还提出改善弹射动力和确定测试系统性能指标的依据。将模型用于弹射实践可以减少人体试验,对人体安全和研制生产都极其有利。

人体弹射加速度的耐力研究

本文介绍了如何利用所建模型确定人体对弹射加速度的耐力。人体耐力以椎骨损伤概率作指标,并将系统最大超调量与椎骨的破坏强度相结合以确定人体的耐力限度。人体响应为18.5G、21.7G、25.7G时,椎骨破坏概率为5%、50%、95%。根据人体模型的动力特性表明,人体最大超调为50%,因而得到人体耐受弹射加速度值分别为12G、14G、17G以及相应的ΔV值。文中还分析了所建模型与DRI模型的关系,二者是不同途径得到的同一结果。

振动条件下生物动力学响应的实验研究

５６位受试者以坐姿承受Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向、不同振级的振动，以研究人体对振动的动态响应特性。人体振动响应的幅频特性曲线表明，人体是以一个整体进行振动响应的。多数部位有两个共振峰。全部受试者同一部位的传递性曲线是相似的，但具体的频率和幅值存在个体差异。通过研究发现人体的共振频率随着振动强度的增加而降低。但未见过类似报告，因而进一步开展动物实验研究。８只兔、６条狗、４只猴子承受了不同强度、不同方向的振动。结果表明，动物对振动的动态响应特性与人体的响应相似。全部实验动物的共振频率皆随着振动振级的提高而下降。在实验数据的基础上，建立了人体振动响应的数学模型。同时还利用三层人工神经网络方法建立了共振频率与身高、体重和振级之间的非线性映射模型。研究结果对振动人机工程学研究和应用有重要意义。

人体振动响应的数学模型

随着科学技术的发展，人类越来越多地受到各种不同振动环境的影响。为了减少振动对人体的不利影响，需要了解人体对振动的动态呼应特性。１５位受试者以从姿承受了０～１００Ｈｚ垂直向随机振动。振动强度为０．５、１．０、１．５Ｇ（ｒｍｓ）。测得了头、肩、髂部相对座椅的响应。结果表明，人体各个部位的频率响应特征是相近的，但是具体的共振频率在个体之间稍有差异。并且观察到共振频率有随着振动剌激强度的增加而降低的现象，人体响应的非线性是明显的。用量小二乘法以单自由度和双自由度模型拟合人体响应特性曲线确定模型参数。用受试者的个体响应曲线和全体的响应的平均值与模型预计的响应进行比较以检验模型的精确度。结果表明，头部和髂部用双自由度模型，肩部用单自由充模型更为合适。数学响应模型的主要用途是在没有人体试验的基础上０预计人体的响应。

弹射座椅座垫的人体工程学要求

本文根据人体动态响应特性提出座垫应在弹射开始后10ms 以内压缩至最薄,以避免增加人体超调。相应地要求在坐人后坐骨结节处的座垫厚度不要超过15mm。由于人体工程学研究的动态指标与描述座垫材料的参数不同,使得模型研究与材料之间没有直接联系,因此在采用新材料制作座垫时需要用人体冲击试验进行动态检验。

人体动力响应模型及其应用

生物动力学主要研究动力如何影响生物体,同时还要研究怎样使这些知识有利于科学技术的发展。生物动力学包括研究动物身体内环境(组织、器官、肌肉、骨骼等)

猴对不同冲击力的动态响应特性

6只猴在活体、麻醉状态下承受1～50g连续16次垂直冲击实验。测试了冲击台,座椅,猴的头、胸、腹等部位的加速度值,其中3只猴还接受手术埋藏传感器以测得下腰椎、肝和胃的数据。根据身体不同部位响应的峰值相对于座椅峰加速度的相关关系,所得到的方程表明猴对冲击的响应特性可看作拟线性系统。

弹射加速度测试系统性能要求的研究(英文)

高速飞机和航天常采用弹射座椅应急救生。准确地测量弹射加速度对判断弹射座椅的人体工程学性能和人体安全关系密切。在我国,对该测试系统性能要求尚无统一规定。本文旨在研究的基础上提出建议。加速度测试系统的性能指标很多,其中特异性最强的是频响特性,它直接影响加速度信息的内涵,与波形畸变密切相关,是制定测试规范的核心指标。本研究根据弹射加速度的频率成分和人体频响特性确定了测试系统的性能要求。其方法是通过不同通频带滤波器所记录的加速度-时间曲线,分析弹射加速度的频率成分,以及曲线中的波峰、波谷与弹射机构的时相关系,从而确定弹射加速度的主要频率成分。根据人体弹射用数学模型的动态响应特点,并用人体振动试验检验,表明人体对作用时间为5、6.25、10、20ms 的脉冲(相当于基频为200、160、100、50Hz 的输入),其响应分别为原信息的25%、30%、50%、和70%。即人体频响特性与80Hz低通滤波器相近。由于弹射加速度过程以低频为主并包含有某些瞬间作用于人体的高频成分,若测试系统的频响范围过低,将滤掉某些作用于人体的激励成分,不利于人体安全。为此,测试系统的频率范围应不低于0～160Hz,用于研究人体工程学问题时,采用0～80Hz 的低通滤波器。本研究还在座椅的不同部位测量了加速度值,表明以在座椅框架上测试最合理。根据我国《向上弹射人体耐限军用标准》,人体耐力限度将由人体模型的运动方程计算得到。式中主要变量是输入加速度(?)(t)。由于我国的假人只模拟人体的外形、尺寸、重量,并不考虑人体的动力学特征,在假人胸腔测定加速度数据,仅仅是假人对输入的响应,而不能看作是对人体输入的加速度过程,所以也不能反映人体的动态响应。关于测试系统的灵敏度、线性、频响特性与阻尼特性等指标,应对整个系统进行动态标定,如翻转传感器只能获得静态重力状况下±1G 之间的数据。挂法码的标定只能在研制中检查系统的静态灵敏度、线性等。离心机给出的加速度是静态过载,不能代表动态过程。动态较准可用振动或冲击的方式进行。

猴体振动特性的实验研究

本文介绍了猴体随机振动、正弦扫频振动和锤击振动实验方法和结果。４只４．０～５．５ｋｇ的猴承受坐姿头尾向振动，测量了猴头，胸、腹、肝、胃、腰椎和骶骨的加速度响应，求得相对台面和骶骨的传递函数。结果表明猴体动力特性在一定条件下可近似看作单自由度或双自由度系统，而且共振频率随着振动Ｇ值增大而减小，得到了在较大振动范围内猴体刚度非线性明显而阻尼非线性不明显的结论。为猴体建立非线性动力学模型提供了数据，可供人体振动防护研究参考。

密栅云纹法在人体外形测量中的应用

为协调弹射座椅坐垫舒适性、工效与弹射加速度效应，我们用１０名被试者按臀围大小分成三组，并利用密栅云纹法测量其坐姿时背部和臀部的外形。结果表明，不同百分位数受试者等高线图是很有规律的。所测得的人体测量数据已用于设计弹射座椅坐垫外形。另外，背部等高线图能够发现脊柱侧弯，因此该法可用于选拔飞行员。

接受继续工程教育有感

航天医学工程研究所一位老科技工作者写给本刊编辑部的这封信，反映了老一辈科技工作者对灿继续工程教育的迫切要求和体会，对我们很有启发。中青年科技工作者，更应勤奋学习，努力提高科研试验能力，为国防科技事业的发展作出更大的贡献。

人工神经网络用于人体振动响应的分析

要对振动环境中的人体进行保护，必须研究人体振动特性。人体全身振动共振频率是一个很重要的动力学参数。对不同身高ｈ、体重ｗ及不同振级ａ下坐姿人体全身振动的第１阶共振频率ｆ进行了测量，获得了３９组数据。利用三层人工神经网络对这些数据进行了分析，排除了个体差异，寻找出ｈ，ｗ及ａ与ｆ的普遍映射关系，从而可以根据ｈ，ｗ及ａ预测呈非线性关系的ｆ值，对人机工程学设计及相关研究有重要意义。

鸟瞰民用旋翼机座椅的结构试验

美国联邦航理局对民用旋翼机座椅的结构试验提出了新的要求,要求提高静态试验强度、增加两个动态试验。本文就修改试验要求的原因、静态试验与动态试验的区别、试验程序和设备等方面予以扼要综述。试验概念通常“静态”是指作用于物体的力是平衡的,物体处于静止状态。“动态”是指作用力使物体产生运动状态的改变,是考虑物体的运动的。显然,撞击使飞机、座椅和乘员皆承受到动态载荷,所以需要进行动态试验,以检验在撞击情况下座椅能为乘员提供的防护能力。

JPATS救生系统进展

联合初级先进教练系统(JPATS)是美空海军的第一个联手制造飞机的计划。该计划将用100亿美元为美空海军装备850架原型教练机及相应的地面训练系统。 美国空军和海军的现用原型教练机(T-37,T-34)代表的是50年代的技术,并且已服役了29年以上,超出了其使用寿命,因而将被JPATS生产出的飞机所替换。目前所有的工厂皆遵循操作要求联合提要(JSON)生产。怀特航空基地的航空司令部发出咨询要求,收集对教练机设计的意见,以便形成JPATS对教练机设计有更详细要求的文件。 JSON指明了T-37和T-34飞机有很多缺点和不足之处,而主要与乘员安全有关。