Modele Si Criterii de Expunere Ale Corpului Uman La Vibratii

5/28/2018 Modele Si Criterii de Expunere Ale Corpului Uman La Vibratii

1/9

2.2.2. Modele i criterii de expunere ale corpului uman la vibraii

Din punct de vedere fizic i biologic, corpul uman este un sistem foarte complex supus laocuri i vibraii, care, n anumite condiii, pot duna confortului [56, 99].

Atunci cnd este privit ca un sistem mecanic, el conine un numr de elemente liniare sineliniare, iar proprietile mecanice sunt diferite de la un individ la altul. Din punct de vedere

biologic, problema este la fel de complex, mai ales atunci cnd sunt luate n consideraie iefectele psihologice.

Modelul este compus din mase concentrate, legate ntre ele prin elemente elastice i deamortizoare i este utilizat n domeniul de frecvene 1-80 Hz. n figura 2.16 sunt prezentate maimulte modele dinamice umane: a i b- modele cu mase concentrate pentru poziia n picioare iaezat; d i e - modele care modeleaz att scaunul ct i ocupantul [63] (c-model realizat cuelemente finite); c - model care considerprincipalele organe din abdomen i cutia toracic canite mase concentrate, legate ntre ele cu elemente elastice [67].

Pe baza unor astfel de modele s-a studiat rspunsul organismului uman la diferitefrecvene, pentru poziiile n picioare i aezat, specifice autovehiclulului.

De asemenea, pe baza acestor modele s-a studiat rspunsul corpului uman la efectulocurilor i vibraiilor, la diferite frecvene, pentru poziiile n picioare i aezat, poziii specifice

automobilului [58].

a b c

d eFig. 2.16. Modele dinamice simplificate ale corpului omenesc


2/9

Pe baza unui sistem mecanic echivalent, detaliat pentru corpul uman (fig. 2.16.a) se potscrie urmtoarele frecvente:cap (model axial, circa 25 Hz);glob ocular, structura interna ochiului (30 80 Hz);centura umerilor (4 5 Hz);volumul plmnilor;antebra(16 30Hz);coloana vertebral(model axial, 10 12 Hz);

palma minii (50 200 Hz);picioare (variabil de la circa 2 Hz cu genunchii ndoii, la peste 20 Hzn ortostatism);masa abdominal(4 8 Hz);braul minii;

torace (circa 60Hz).

n concluzie, s-a constatat cla sistemul cap umr - old, apar efecte de rezonan ndomeniul de frecven3 6 Hz pentru poziia aezat (fig.2.16, b). Astfel de fenomene apar ntre20 35 Hz pentru sistemul cap - gt - umr; ntre 60 90 Hz se produce o tulburare a acuitiivizuale, datorit rezonanei globului ocular i n gama 100 200 Hz se produce rezonanamaxilarului inferior.

Solicitarea organismului uman prin vibratii

Comportarea organismului uman la vibraii este influenatde tipul vibraiei, intensitatea,frecvena, direcia i durata expunerii. De asemenea, trebuie s se in cont i de modul detransmitere a vibraiilor asupra corpului omenesc: transmiterea simultan asupra ntregii suprafeea corpului, transmiterea prin intermediul suprafeelor de sprijin, transmiterea prin anumite priale corpului, precum i transmiterea prin intermediul manetelor i a pedalelor.

Rspunsul organismului uman la influena vibraiilor este unul subiectiv i este artat nfigura 2.17.

Fig. 2.17. Relaia ntre vibraii i rapunsul subiectiv al omului

2.2.3. Efectele vibraiilor asupra performanei muncii

Conform normelor I.S.O. i STAS 6926/13 89, n transportul rutier, evaluarea expuneriiomului la vibraii se face dup anumite criterii, n funcie de scopul urmrit. Astfel, cnd seurmrete conservarea randamentului muncii, se va folosi ,,limita de capacitate redus prinoboseal, cnd scopul este conservarea securitii i sntii, se va utiliza criteriul ,,limitei laexpunere, iar cnd se urmrete meninerea confortului, se va ine seama de ,,limita de confortredus.

Limitele expunerii la vibraii se stabilesc diferit, n funcie de unul din criteriile


3/9

menionate anterior. Daccriteriul ales este ,,expunerea limit, se acceptnivele de vibraii mainalte, n comparaie cu nivelele pentru ,,limita la capacitate redusprin oboseali dimpotriv,valori mai coborte pentru criteriul ,,limita la confort redus.

Vibraiile transmise de vehicul corpului uman trebuie sse msoare n direcii apropiateunui sistem de coordonate rectangular, a crei origine este inima.

Valorile eficace ale acceleraiilor se msoar dup trei axe (Ox, Oy, Oz), asociate

organismului uman n poziie anatomic normal, n benzi de 1/3 octavn intervalul 1....80 Hz.Normele I.S.O. stabilesc duratele de expunere de la un minut la dousprezece ore n

funcie de acceleraie, n gama de frecvene 0,6 100 Hz.Reprezentarea grafic ale limitelor valorilor mediilor ptratice ale acceleraiilor

longitudinale n funcie de frecveni timpul de expunere, pentru criteriul limitei de capacitateredusprin oboseal, este prezentatn figura 2.18 [73].

Curbele stabilesc valorile peste care orice expunere la vibraii determinun risc importantde scdere a randamentului muncii, mai ales acela n care oboseala duce la reducereaperformanelor conductorilor automobilului.

Valorile numerice pentru limita de capacitate redusprin obosealsunt redate n anexa II.Gama de frecvena sensibilitii maxime pentru corpul uman este de domeniul 4 8 Hz,

n cazul acceleraiilor longitudinale (az) i sub 2 Hz n cazul acceleraiilor transversale (ax, ay).Curbele care limiteaz aceste domenii, pentru vibraii longitudinale, sunt prezentate la

scarlogaritmici sunt numite curbe de egalpercepie [54] (fig. 2.19).Aprecierea aciunii vibraiilor se face printr-un coeficient de solicitare la vibraii Ki se

exprimn funcie de frecvena vibraiilor prin urmtoarele relaii:

iefi BaK = (2.10)

unde:aef - acceleraia eficace [m/s

2];Bi - coeficient ce caracterizeazvibraiile (i = 1, 2, 3) i anume:

B1 pentru vibraiile la nivelul scaunului pasagerului (vibraii

Fig. 2.18. Limitele acceleraiilor longitudinale n funcie de frecvenide timpul de expunere (limita la capacitate redusprin oboseal)


4/9

longitudinale);B2pentru vibraiile la nivelul picioarelor (minilor) pasagerului;B3 pentru vibraiile unghiulare (ruliu sau tangaj);

Fig. 2.19. Curbele de egalpercepie a vibraiilor longitudinale

Relaiile de definiie [54] pentru aceti coeficienii sunt:

[ ]

=

Hzff

Hzf

Hzff

Hzf

B

]100;8(/160

]8;4(;20

]4;2.0(10

2,0;048,4

1 (2.11)

[ ]

=

Hzff

Hzf

Hzff

B

]100;16(/100

]16;8(,266

8;0,7810

2 (2.12)

=

Hzf

Hzff

Hzf

Hzff

Hzf

B

)100;10[5

10)[7;500

]7;1[;10

1);3.0[10

)3,0;0[112

2

3 (2.13)

Nivelul de confort se determincu ajutorul relaiilor 2.10 2.13 i cu ajutorul curbelordin figura 2.19.


5/9

Asfel, dac vibraiile sunt de ruliu i au frecvena de 7 Hz, pentru a fi slab sesizabile,conform figurii 2.19 rezultcondiia K < 1,6; din relaiile (2.13) se deduce egalitateaB3= 10, iarcu ajutorul relaiei (2.10) rezultcondiia:

2m/s16,0


6/9

frecven, precum i n funcie de direcia de acionare a vibraiei.Studii experimentale au condus la concluzia cefectele neplcute ale vibraiilor asupra

omului, se deosebesc cnd excitaia este aplicatpe vertical, valorilor maxime ale acceleraiilorpentru frecvene Hzf 5 , valorilor maxime ale vitezelor pentru HzfHz 405 < i valorilormaxime ale deplasrii pentruf >40 Hz.

Tabelul 2.4Domeniul de

frecven, HzCriteriul de confort

Valoarea pragului de

disconfort

0.....6 Valoarea maxima derivatei acceleraiei, n m/s3 506....20 Valoarea maxima acceleraiei, n m/s2 820...60 Valoarea maxima vitezei, n m/s 0,4

Tabelul 2.5

Domeniul de frecven, [Hz]Criteriul de confort

Pe direcie vertical Pe direcie orizontal

Valoarea maxima acceleraieiValoarea maxima vitezeiValoarea maxima deplasrii

0...55...40

40

0...22...25

25

Deoarece rezistena corpului uman la vibraii orizontale este de aproximativ douori maimic, efectele acestui tip de vibraii trebuie puse n legturcu valorile maxime ale acceleraieipentru frecvene pnla 2 Hz, ale vitezei maxime pentru frecvene cuprinse ntre 2 i 25 Hz i aledeplasrii pentru frecvene de peste 25 Hz (v. tab. 2.5).

Valoarea maxim a acceleraiei de ordinul al doilea reprezint criteriul principal deapreciere a efectului oscilaiilor suspensiei automobilului asupra omului. Aceasta se explicprinanalogie cu influena variaiei presiunii apei asupra organismului, tiut fiind faptul cnu valoareapresiunii apei este duntoare, ci viteza de variaie a acesteia.

b).Criteriul energiei cinetice specifice a oscilaiei

Un criteriu important pentru aprecierea efectului fiziologic al oscilaiilor suspensieiautomobilului asupra omului este acela bazat pe energia cineticspecifica oscilaiei, E. Acestparametru este definit ca raport ntre energia cineticmaximi produsul dintre masa corpului iperioada oscilaiei. Nivelul de percepere a oscilaiilor este dat de relaia:

)2lg(102lg10 2max fXEP &&== (2.20)

unde:

maxX&& - este acceleraia maxima oscilaiei, [cm/s

2];

f - frecvena micrii oscilatorii, [Hz];P - nivelul de percepere a oscilaiei, [Pal].

n tabelul 2.6, sunt prezentate valorile experimentale ale factorului de percepere iaprecierile subiective corespunztoare acestor valori.

Tabel 2.6Valoarea factorului de

percepere P, [Pal]Aprecierea subiectiva perceperii

0...10 Pragul de percepere n funcie de poziia corpului omenesc10...20 Vibraii uor suportabile20...30 Vibraii inadmisibile n cldiri datorittraficului rutier


7/9

30...40 Vibraii n vehicule cu mers linitit40...50 Vibraii suportabile n unele vehicule grele

55 Apare senzaia de ru de mare70 Trepidaii insuportabile pragul durerii

c). Criteriul mediei ptratice a acceleraiilor verticale

Dacse noteaz cu ( )tz&& acceleraia verticala masei suspendate a automobilului i cu

( )fGz&& densitatea sa spectral, valoarea medie ptratica acceleraiei verticale2

z&& este data derelaia:

( )dffGzx

=

0

2&&&&

(2.21)

unde:f - frecvena momentana vibraiei.innd seama i de rspunsul organismului uman la aciunea vibraiilor n diferite

intervale de frecven, relaia precedentdevine:

( ) ( )dffGfp zpz &&&&

=

0

2 )( (2.22)

unde: p(f) este o funcie de ponderare definitastfel:

( )

=

Hzff

Hzf

Hzff

Hzff

fp

8088

841

415.0

11.05.0

1

5.0

69.0

(2.23)

d). Criteriul valorii medii a maximelor absolute ale acceleraiilor verticale

Pornind de la constatarea practiccvalorile mari ale acceleraiilor verticale provoac, nprincipal, senzaia de disconfort, se propune ca indice de apreciere a confortului valoarea medie amaximelor absolute pentru vibraiile aleatoare, adic

( ) ( ) ( ) 2ln2ln2 zm TTzM &&&& += (2.24)

unde:= 0,5772 - constanta lui Euler;

2z&&

- valoarea medie ptratica acceleraiei verticale;

i( ) zz TT 2/&&&= (2.25)

e). Criteriul mediei ptratice a derivatei acceleraiei verticale

Un parametru important pentru aprecierea confortabilitii automobilului este valoareamediei ptratice a derivatei acceleraiei verticale a masei suspendate a acestuia:


8/9

( )dffGf zz

=

0

222 4 &&&&&

(2.26)

Dacse ine seama de funcia de ponderarep(f), atunci relaia (2.26) devine:

( ) ( )dffGfpf zpz &&&&&

=0

222

4)( (2.27)

f). Criteriul energiei cinetice specifice a vibraiei aleatoare

Un parametru foarte important n aprecierea efectului vibraiilor asupra omului este acelalegat de energia cinetic specific a vibraiei aleatoare. Pentru un domeniu determinat defrecvene, aceasta este datde relaia:

( ) ( ) ( ) ( )dffGfffE zf

f

z &&=2

1

/14/1, 221 (2.28)

Dacse ine seama de funciap(f), relaia precedentdevine:

( ) ( ) ( ) ( )dffGffpffE zf

f

pz &&=2

1

/)(4/1],[ 221 (2.29)

Influena constantei elastice i a gradului de amortizare asupra confortabilitii

Pentru analiza influenei parametrilor constructivi ai suspensiei, precum i a sarcinii utilea autovehiculului asupra confortabilitii se utilizeazparametrul de confort , definit ca raportdintre acceleraia maxima caroseriei maxz&& i nlimea h0a neregularitilor drumului [72].

0

max

h

z&&=

(2.30)

Forma analitica indicelui de confort este:

( )( )[ ] ( )[ ]2222222

222

20

max

1411

41

++

+==

D

D

m

k

h

z s&& (2.31)

unde:

21 mm= - raportul maselor nesuspendate i suspendate;

sp kk= - raportul constantelor elastice ale pneului i alesuspensiei;

0 = - raportul dintre pulsaia proprie i pulsaia proprieneamortizata caroseriei 0 ; 20 mks= ;

22 mkcD s= - gradul de amortizare;

c - coeficientul de amortizare;

O influenasupra confortabilitii o are modificarea gradului de amortizare D, corelatcu modificarea constantei elastice a suspensiei.


9/9

Pentru obinerea unui confort maxim (la caroserie), se recomand D = 0,25, pentruamortizoarele cu caracteristicsimetrici D = 0,45 pentru cele cu caracteristicasimetric.

Studiind influena caracteristicilorliniare ale suspensiei i amortizrii asupraconfortabilitii, prof.dr. M.Mitschke ajungela concluzia c numai combinnd

caracteristica neliniar (progresiv) asuspensiei cu o amortizare neliniarse obineun confort optim (fig.2.20).

Micorarea frecvenelor normale alevibraiilor proprii i apropierea lor, producemicorarea acceleraiilor caroseriei i face cavibraiile s devin periodice, determinndmrirea confortabilitii. Cu ct sunt maiapropiate frecvenele proprii ale suspensiilorfaa-spate, cu att este mai mareconfortabilitatea automobilului.

Optimizarea suspensiilor are ca drept

scop, mbuntirea confortului i a siguranei n circulaie. Pentru aceasta este necesar adetermina raportul de amortizare al suspensiei mcD 02/ = , astfel nct parametrii de conforti de sigurana n circulaie sfie minimi [58].

Pentru suspensiile de automobile, parametrul D se afl n cele mai multe cazuri nintervalul (0,15 0,40);

Astfel dacse face optimizarea din punct de vedere al confortului se determinvaloareaparametrului D, pentru care funcia de confort )(C este minim, unde )(C este una din

funciile 2z&& , 2z&& , )( mzM && .n mod analog, dacse face optimizarea din punct de vedere al siguranei n circulaie se

determinparametrulD,pentru care funcia de sigurann circulaie )(SG este minim, unde

)(SG este una din funciile 2DF (valoarea medie ptratica a forei dinamice), VC (coeficientulde variaie).

Se poate construi o funcie )D( , prin care sse obinun compromis optim att pentruconfort ct i pentru sigurana n circulaie.

( ) ( )DDD SGC += 1)()( (2.32)

unde, [ ]1;0 este un factor de pondere.Pentru automobilele destinate transportului de cltori se urmrete un confort

mbuntit, deci se va lua 5,0> , n timp ce pentru automobile de curse se urmrete osigurana n circulaie mbuntiti n acest caz se va lua 5,0

Modele Si Criterii de Expunere Ale Corpului Uman La Vibratii

Documents

Transcript of Modele Si Criterii de Expunere Ale Corpului Uman La Vibratii