DIN 45676-2003 Mechanical impedances at the driving point and transfer functions of the human body《人体驱动点机械阻抗和传递函数》.pdf

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1、DEUTSCHE NORM Juni 2003Mechanische Eingangsimpedanzen undbertragungsfunktionen des menschlichen Krpers45676ICS 13.160Mechanical impedances at the driving point and transfer functions of thehuman bodyImpdances dentre mcaniques et fonctions de transmission du corpshumainErsatz frDIN 45676:1992-11Inhal

2、tSeiteVorwort 21 Anwendungsbereich 22 Normative Verweisungen. 33 Begriffe 34 Typischer Frequenzverlauf der Impedanz und der scheinbaren Masse des sitzendenMenschen bei vertikaler Schwingungserregung. 44.1 Allgemeines. 44.2 Impedanz des sitzenden Menschen fr eine mittlere Krpermasse von 75 kg . 54.3

3、Impedanz des sitzenden Menschen fr eine mittlere Krpermasse von 55 kg . 74.4 Impedanz des sitzenden Menschen fr eine mittlere Krpermasse von 98 kg . 94.5 Scheinbare Masse des sitzenden Menschen fr die mittleren Krpermassen 55 kg,75 kg und 98 kg. 115 Mittlere bertragungsfunktion zum Kopf des sitzende

4、n Menschen bei vertikalerSchwingungseinwirkung ber das Ges . 11Anhang A (informativ) Eingangsimpedanz, scheinbare Masse und bertragungsfunktiondes stehenden Menschen bei vertikaler Schwingungsbelastung. 14Anhang B (informativ) Schwingungsmodelle zur Nachbildung der Impedanz des sitzendenMenschen fr

5、55 kg, 75 kg und 98 kg Krpermasse. 20Anhang C (informativ) Berechnung der mittleren bertragungsfunktion des sitzendenMenschen vom Ges zum Kopf 25Literaturhinweise 27Fortsetzung Seite 2 bis 28Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDI DIN Deutsches Institut fr

6、Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref.-Nr. DIN 45676:2003-06nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet. Preisgr. 13 Vertr.-Nr. 0013Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinDIN 45676:2003-062VorwortDie vorherige

7、Ausgabe der vorliegenden Norm war im November 1992 verffentlicht worden. In derZwischenzeit wurde von der International Organization for Standardization (ISO) die Internationale NormISO 5982:2001 erarbeitet und am 2002-04-01 in berichtigter Version herausgegeben, wobei auch Ergebnis-se von neueren U

8、ntersuchungen einbezogen wurden. Es lag daher nahe, bei der vorliegenden Neufassungvon DIN 45676 wesentliche Inhalte von ISO 5982 zu bercksichtigen. Unverndert aus ISO 5982 ber-nommen wurden die Mittelwertkurven und die Standardabweichung fr den Betrag und die Phase derEingangsimpedanz sowie die ber

9、tragungsfunktion des sitzenden Menschen mit 75 kg Krpermasse frdie vertikale Schwingungsrichtung.Diese Norm ist vom Gemeinschaftsausschuss NALS/VDI C 7 Schwingungseinwirkung auf den Menschenerarbeitet worden.nderungenGegenber DIN 45676:1992-11 wurden folgende nderungen vorgenommen:a) neue Impedanzku

10、rven fr den sitzenden Menschen mit 75 kg Krpermasse festgelegt, die mitdenjenigen in ISO 5982:2001 identisch sind;b) neue Impedanzkurven fr den sitzenden Menschen mit 55 kg und 98 kg Krpermasse festgelegt;c) Zahlenwerttabellen der Impedanzkurven fr Terzmittenfrequenzen hinzugefgt;d) Zahlenwerttabell

11、en der scheinbaren Masse fr Terzmittenfrequenzen hinzugefgt;e) neue analytische Schwingungsmodelle aufgenommen;f) neue, einfacher zu realisierende Schwingungsmodelle aufgenommen;g) Impedanz und bertragungsfunktion des stehenden Menschen mit Erluterungen zum aktuellenKenntnisstand als informativen An

12、hang aufgenommen.Frhere AusgabenDIN 45676: 1987-09, 1992-111 AnwendungsbereichDiese Norm enthlt mittlere mechanische Eingangsimpedanzen und bertragungsfunktionen des sitzendenund stehenden Menschen sowie Schwingungsmodelle des sitzenden Menschen. Die mechanischeEingangsimpedanz, die bertragungsfunkt

13、ion und die mathematischen Schwingungsmodelle knnen derrechnerischen Auslegung von Mensch-Maschine-Systemen mit dem Ziel dienen, die Schwingungs-belastung des Menschen zu minimieren. Die mathematischen Schwingungsmodelle knnen als Grundlagefr den Bau von Ersatzsystemen dienen, die die oben genannten

14、 Schwingungseigenschaften desMenschen im vorgegebenen Frequenzbereich hinreichend genau nachbilden und fr Prfzwecke (z. B. beischwingungsisolierenden Fahrersitzen) eingesetzt werden knnen.Die mechanische Eingangsimpedanz und die bertragungsfunktion sind abhngig von den physikalischenEigenschaften de

15、s Menschen und seiner Krperhaltung sowie von Art und Richtung der Schwingungs-einwirkung. Die mechanische Eingangsimpedanz ist als Ganzkrperimpedanz definiert; die bertragungs-funktion wird angegeben fr die ber Ges oder Fe auf den Kopf eingeleiteten Schwingungen. DerWertebereich dieser Norm gilt fr

16、sitzende und stehende Personen auf einer harten Platte (im Sitzen mitabgesttzten Fen in aufrechter Haltung ohne Nutzung einer Rckenlehne). Die Werte sind definiert bereinen Frequenzbereich von (0,5 Hz) 1 Hz bis 20 Hz fr Personen mit Krpermassen im Bereich von 49 kgbis 103 kg, die gegenber harmonisch

17、en oder breitbandigen stochastischen Ganzkrper-Schwingungen miteiner Intensitt kleiner oder gleich einem unbewerteten Effektivwert von 0,5 m/s2exponiert sind. DieFrequenz- und Amplitudencharakteristika der Ganzkrper-Schwingungen entsprechen denen, die beimFahren von Maschinen, wie z. B. landwirtscha

18、ftlichen Traktoren, Erdbaumaschinen und Gabelstaplern,DIN 45676:2003-063wirksam werden. Die Anwendbarkeit der Norm auf Pkw ist gegenwrtig aufgrund einer unzureichendenDatenbasis fr die beim Autofahren auftretenden Expositionen und Haltungen nicht gegeben.Entsprechend DIN EN 30326-1 werden Mittelwert

19、e und die Bereiche der einfachen Standardabweichungender Werte von Betrag und Phase der mechanischen Impedanz fr sitzende Personen auch fr Personen-gruppen mit mittleren Krpermassen von 55 kg und 98 kg angegeben.Bei Schwingungsberechnungen, die die dynamische Belastung einer Struktur mit dem menschl

20、ichenKrper bercksichtigen, sind die in dieser Norm angegebenen Impedanzwerte zu verwenden. Fr dieallgemeine mechanische Modellierung des Menschen sind die in dieser Norm enthaltenen Impedanzwerteals Zielwerte zu betrachten. Die Impedanz von Schwingungsmodellen des menschlichen Krpers soll imBereich

21、der Standardabweichung liegen.Die Impedanzkurven und die Schwingungsmodelle des sitzenden Menschen gestatten beim Entwurf vonArbeitsmaschinen die Berechnung von Aussagen ber die Schwingungsbelastung des Menschen schon inder Entwickungsphase, in der noch kein Prototyp zur Verfgung steht.2 Normative V

22、erweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen.Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oder berar

23、beitungendieser Publikationen nur dann zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitetsind. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation(einschlielich nderungen).DIN EN 30326-1, Mechanische Schwingungen Laborverfahren zur Bewertung

24、der Schwingungenvon Fahrzeugsitzen Grundlegende Anforderungen (ISO 10326-1:1992); Deutsche FassungEN 30326-1:1994.ISO 5805, Mechanical vibration and shock Human exposure Vocabulary.ISO 5982:2001 (berichtigte Version 2002-04-01), Mechanical vibration and shock Range of idealizedvalues to characterize

25、 seated-body biodynamic response under vertical vibration.3 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelten die in ISO 5805 angegebenen und die folgenden Begriffe.3.1mechanische EingangsimpedanzZ(f)von der Frequenz f abhngiges komplexes Verhltnis der Kraft F(f) zur Schwinggeschwindigkeit v(f) an derEinl

26、eitungsstelle in ein mechanisches Systemv(f)F(f)Z(f) = (1)ANMERKUNG 1 Der Betrag der mechanischen Eingangsimpedanz wird in N/(m/s) = Ns/m angegeben. Die Phase(Phasenwinkel) ist der Phasenunterschied zwischen Schwinggeschwindigkeit und Kraft.ANMERKUNG 2 Die mechanische Eingangsimpedanz wird im Folgen

27、den nur Impedanz genannt. Bei der hierbehandelten Impedanz des sitzenden bzw. stehenden Menschen ist stets die mechanische Eingangsimpedanzgemeint, bei der Kraft und Schwinggeschwindigkeit dieselbe Richtung haben.ANMERKUNG 3 Diese Norm basiert auf Messungen, bei denen Kraft und Geschwindigkeit am Pu

28、nkt derSchwingungseinleitung in den Krper gemessen werden.ANMERKUNG 4 Bei nicht-harmonischen Schwingungen wird die Impedanz aus den Spektren von Kraft und Schwing-geschwindigkeit bestimmt.DIN 45676:2003-0643.2scheinbare MasseM(f)von der Frequenz f abhngiges komplexes Verhltnis der Kraft F(f) zur Sch

29、wingbeschleunigung a(f) an derEinleitungsstelle in ein mechanisches System in derselben Richtung wie die Kraft()()()()ffZfafFfM2j= (2)ANMERKUNG 1 Die scheinbare Masse und die mechanische Impedanz sind in eindeutiger Weise miteinanderverknpft, da die Schwingbeschleunigung und die Schwinggeschwindigke

30、it bei harmonischer Bewegung in einemfesten Verhltnis zueinander stehen. Zwischen den Bewegungsgren besteht eine Phasenverschiebung von 90,sodass die scheinbare Masse und die mechanische Impedanz ber einen Faktor, der j = 1 enthlt, ineinanderumgerechnet werden knnen.ANMERKUNG 2 Bei nicht-harmonische

31、n Schwingungen wird die scheinbare Masse aus den Spektren von Kraft undSchwingbeschleunigung bestimmt.3.3bertragungsfunktion zum Kopfkomplexes dimensionsloses Verhltnis der Antwortbewegung des Kopfes zur vibrationsbedingtenBewegung an der Erregerstelle in den Krper()()(lleErregersteKopffafafH = (3)A

32、NMERKUNG 1 Das Verhltnis kann fr Wege, Schwinggeschwindigkeiten oder Beschleunigungen gebildet werden.ANMERKUNG 2 Bei nicht-harmonischen Schwingungen wird die bertragungsfunktion zum Kopf aus den Spektrender Bewegungsgren bestimmt.4 Typischer Frequenzverlauf der Impedanz und der scheinbaren Masse de

33、ssitzenden Menschen bei vertikaler Schwingungserregung4.1 AllgemeinesBetrag und Phase der Impedanz fr Personengruppen mit mittleren Krpermassen von 55 kg, 75 kg und98 kg sind in den Bildern 1 bis 3 dargestellt. Die Standardabweichungen fr die Mittenfrequenz jederBandbreite schlieen die Mittelwerte a

34、ller ausgewhlten Datenstze ein und sind durch dnne Liniendargestellt. Der gewichtete Mittelwert aus allen ausgewhlten Datenstzen ist durch eine dicke Liniedargestellt und bildet die Zielgre fr alle Anwendungsflle. Die Mittelwerte und die Standard-abweichungen knnen auch den Tabellen 1 bis 3 entnomme

35、n werden. Es ist zulssig, durch lineare Inter-polation Werte bei Frequenzen zu berechnen, die nicht in in den Tabellen aufgelistet sind.Die Impedanzwerte sind anwendbar auf den sitzenden Menschen, der gegenber harmonischen oderbreitbandigen stochastischen Ganzkrper-Schwingungen exponiert ist, whrend

36、 er auf einer steifen, hartenOberflche mit auf der Basisplatte abgesttzten Fen und nicht angelehntem Rcken sitzt. Die Grenzender Anwendbarkeit entsprechen etwa dem Bereich der in 4.2 bis 4.4 genannten Messbedingungen.Anwendungen (Modelle), deren Impedanzwerte bei jeder Frequenz im Bereich der Standa

37、rdabweichungenliegen, entsprechen den Anforderungen dieser Norm und bilden das Schwingungsverhalten des sitzendenMenschen an der Einleitungsstelle unter den spezifizierten Bedingungen im Bereich zwischen (0,5 Hz) 1 Hzund 20 Hz nach. Wenn Anwendungen den Anforderungen dieser Norm nur fr einige Freque

38、nzenentsprechen, so ist dies in der Anwendungsbeschreibung zu vermerken.In Anhang A wird auf die Problematik der Impedanz und der bertragungsfunktion des stehendenMenschen eingegangen.DIN 45676:2003-0654.2 Impedanz des sitzenden Menschen fr eine mittlere Krpermasse von 75 kgDie aus einer Vielzahl vo

39、n Messergebnissen ermittelten mittleren Frequenzgnge des Betrages und derPhase der Impedanz des sitzenden Menschen sowie die Standardabweichungen wurden aus ISO 5982bernommen und in Bild 1 eingetragen. Unter Bercksichtigung der Untersuchungen von Greil, H., (1988)lsst sich diese mittlere Impedanzkur

40、ve der Personengruppe mit einer mittleren Krpermasse von 75 kgzuordnen.Messbedingungen: Ergebnisse von 101 Personen mit Krpermassen im Bereich von 49 kg bis 93 kg; unbewertete Effektivwerte der harmonischen und stochastischen Schwingungen zwischen 0,5 m/s2und3,0 m/s2mit dominanten Frequenzanteilen i

41、m Bereich von 0,5 Hz bis 20 Hz, frequenzbewerteteEffektivwerte kleiner oder gleich 2 m/s2.ANMERKUNG Die Datenquellen, aus denen die Werte der Bilder und Tabellen entnommen wurden, sind inISO 5982:2001, Anhang A aufgelistet.Tabelle 1 Mittelwerte und Standardabweichungen s von Betrag und Phase der mit

42、tleren Impedanzdes sitzenden Menschen in vertikaler Richtung fr 75 kg KrpermasseBetragNs/mPhaseGradFrequenzHz Mittelwert s Mittelwert s0,5 157 44 85,4 3,20,63 199 57 85,6 3,40,8 256 71 85,5 3,01 327 56 84,9 3,71,25 418 66 84,6 3,31,6 553 74 83,7 2,92 728 131 82,4 2,42,5 953 171 79,8 1,83,15 1349 246

43、 74,2 3,24 1894 373 60,7 6,55 2201 428 38,6 12,16,3 2120 362 28,0 5,48 2088 373 25,2 6,610 2095 282 18,8 9,912,5 2139 258 10,8 8,616 1898 172 8,6 7,620 1922 335 12,1 10,2DIN 45676:2003-066Legende1Mitelwert2 StandardabweichungBild 1 Betrag und Phase sowie Standardabweichungen der Impedanz des sitzend

44、en Menschen invertikaler Richtung fr 75 kgDIN 45676:2003-0674.3 Impedanz des sitzenden Menschen fr eine mittlere Krpermasse von 55 kgDer Betrag und die Phase der mechanischen Impedanz des sitzenden Menschen mit einer mittlerenKrpermasse von 55 kg sind in Bild 2 als Funktion der Frequenz fr die Anreg

45、ung in vertikaler Richtungangegeben.Messbedingungen: Ergebnisse von 18 Personen (Phasenmessung: neun Personen) mit Krpermassen im Bereich von49 kg bis 60 kg; harmonische sowie praxisrelevante Schwingungen mit dominanten Frequenzanteilen im Bereich von1 Hz bis 6 Hz, frequenzbewertete Effektivwerte kl

46、einer oder gleich 1,49 m/s2.Tabelle 2 Mittelwerte und Standardabweichungen s von Betrag und Phase der mittlerenImpedanz des sitzenden Menschen in vertikaler Richtung fr 55 kg KrpermasseBetragNs/mPhaseGradFrequenzHz Mittelwert s Mittelwert s1 322 34 88,8 1,81,25 425 28 88,4 1,51,6 545 41 87,9 1,52 69

47、8 54 86,5 1,72,5 923 72 84,1 2,53,15 1254 118 78,8 6,34 1783 137 66,3 13,55 1993 198 50,1 14,76,3 2029 332 37,5 11,48 1999 292 28,2 11,210 1717 186 29,2 12,212,5 1682 223 39,0 11,116 1603 169 47,0 10,820 1663 177 54,2 12,1DIN 45676:2003-068Legende1Mitelwert2 StandardabweichungBild 2 Betrag und Phase

48、 sowie Standardabweichungen der Impedanz des sitzenden Menschen invertikaler Richtung fr 55 kgDIN 45676:2003-0694.4 Impedanz des sitzenden Menschen fr eine mittlere Krpermasse von 98 kgDer Betrag und die Phase der mechanischen Impedanz des sitzenden Menschen mit einer mittlerenKrpermasse von 98 kg s

49、ind in Bild 3 als Funktion der Frequenz fr die Anregung in vertikaler Richtungangegeben.Messbedingungen: Ergebnisse von 14 Personen (Phasenmessung: drei Personen) mit Krpermassen im Bereich von81 kg bis 106 kg; harmonische sowie praxisrelevante Schwingungen mit dominanten Frequenzanteilen im Bereich von1 Hz bis 6 Hz, frequenzbewertete Effektivwerte kleiner oder gleich 1,49 m/s