DIN SPEC 45697-2012 Mechanical vibration and shock - Method for evaluation of impulsive whole-body vibration with CD-ROM《机械振动和冲击 冲击性整体振动的评估方法 带CD-ROM》.pdf

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1、Juni 2012 Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDIPreisgruppe 13DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.160Zur Erstellu

2、ng einer DIN SPEC knnen verschiedene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln einer Vornorm erstellt.!$M“1884292www.din.deDDIN SPEC 45697Mechanische Schwingungen und Ste Verfahren zur Bewertung stohaltiger Ganzkrper-Vibrationen; Mechanical vibrat

3、ion and shock Method for evaluation of impulsive whole-body vibration; with CD-ROMVibrations et chocs mcaniques Mthode pour lvaluation des vibrations impulsives du corps humain; avec CD-ROMAlleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 16 Seitenmit C

4、D-ROMDIN SPEC 45697:2012-06 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Formelzeichen, Abkrzungen und Indizes . 5 3.1 Formelzeichen und Abkrzungen . 5 3.2 Indizes und Laufvariable 6 4 Messungen 6 5 Vortests von Beschleunigungen . 7 6 Ermittlung der in

5、ternen Wirbelsulenbelastung . 7 6.1 Allgemeines . 7 6.2 Berechnungen der internen Wirbelsulenkrfte . 7 6.3 Ermittlung der Dosis fr die internen Kompressionskrfte . 8 Anhang A (informativ) Anleitung zur Beurteilung gesundheitlicher Auswirkungen bei langzeitigen Expositionen gegenber stohaltigen exter

6、nen Belastungen. 10 Anhang B (informativ) Informationen zur Nutzung der Analyse-Bausteine . 12 Literaturhinweise . 14 DIN SPEC 45697:2012-06 3 Vorwort Diese DIN SPEC ist im Ausschuss NA 001-03-07-01 (NALS/VDI C 7.1) Ganzkrper-Schwingungen“ des Normenausschusses Akustik, Lrmminderung und Schwingungst

7、echnik (NALS) erarbeitet worden. Der Inhalt soll in die berarbeitung von ISO 2631-5:2004 Mechanical vibration and shock Evaluation of human exposure to whole-body vibration Part 5: Method for evaluation of vibration containing multiple shocks aufgenommen werden. Eine DIN SPEC nach dem Vornorm-Verfah

8、ren ist das Ergebnis einer Normungsarbeit, das wegen bestimmter Vorbehalte zum Inhalt oder wegen des gegenber einer Norm abweichenden Aufstellungsverfahrens vom DIN noch nicht als Norm herausgegeben wird. Zur vorliegenden DIN SPEC wurde kein Entwurf verffentlicht. Erfahrungen mit dieser DIN SPEC sin

9、d erbeten vorzugsweise als Datei per E-Mail an nalsdin.de in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet unter http:/www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; oder in Papierform an den Normenausschuss Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und

10、 VDI, 10772 Berlin. DIN SPEC 45697:2012-06 4 Einleitung Expositionen mit stohaltigen Ganzkrper-Vibrationen (Ganzkrper-Schwingungen), die auf den Menschen in sitzender Krperhaltung einwirken, knnen z. B. beim Fahren in stark unebenem Gelnde, bei Ttigkeiten auf Kranen, Baumaschinen und Forstmaschinen

11、auftreten. Beeintrchtigungen im Bereich der Lendenwirbelsule dominieren die gesundheitlichen Risiken 1 bis 6, 13, 28, 29, 34, 35, 40, 41, die bisher nach langzeitiger Einwirkung stohaltiger Ganzkrper-Vibrationen bekannt sind. Diese DIN SPEC beschreibt, wie aus Expositionsdaten eine Dosis fr die inte

12、rne Belastung der Lenden-wirbelsule ermittelt werden kann, und gibt ein Verfahren zur Beurteilung der resultierenden Beanspruchung an. Das Beurteilungsverfahren in dieser DIN SPEC beruht auf vorhergesagten Wirkungen von Expositionen auf die Wirbelkrperdeckplatten von Individuen, die vor Beginn der E

13、xpositionen in gutem gesundheitlichem Zustand und ohne pathologische Befunde an der Lendenwirbelsule waren. Dieses Beurteilungsverfahren ist bisher nur qualitativ mit epidemiologischen Befunden 2 abgeglichen worden, eine quantitative epidemiologi-sche Validierung steht jedoch aus. DIN SPEC 45697:201

14、2-06 5 1 Anwendungsbereich Diese DIN SPEC beschreibt ein Verfahren zur Quantifizierung stohaltiger Ganzkrper-Vibrationen (Ganz-krper-Schwingungen) in Bezug auf die Gesundheit. Sie gilt fr Expositionen mit vielfachen mechanischen Sten, gemessen an den Schnittstellen zwischen Sitznutzer und Sitz oder

15、Bedienelementen. Nach ISO 5805 handelt es sich vorwiegend um mittelschwere Ste, deren wiederholte Einwirkung ein Risiko kumulativer Schdigung im Verlauf einer stndigen beruflichen Exposition verursacht (Traktor- und Lkw-Fahrer, Bediener schwerer Maschinen). Das Verfahren ist nur fr Ttigkeiten in sit

16、zender Haltung geeignet. Das in dieser DIN SPEC beschriebene Berechnungsverfahren ist generell in Fllen anwendbar, in denen gesundheitliche Beeintrchtigungen der Lendenwirbelsule durch Langzeitwirkungen stohaltiger Ganz-krper-Vibrationen erwartet werden. Das Berechnungsverfahren einschlielich einer

17、Anleitung ist auf CD bereitgestellt und erfordert lediglich Standardsoftware (Tabellenkalkulationsprogramm). 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatie

18、rten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN 30326-1, Mechanische Schwingungen Laborverfahren zur Bewertung der Schwingungen von Fahrzeugsitzen Grundlegende Anforderungen DIN EN ISO 8041, Schwingungseinwirkung auf den Menschen Me

19、sseinrichtung ISO 8727, Mechanical vibration and shock Human exposure Biodynamic coordinate systems 3 Formelzeichen, Abkrzungen und Indizes 3.1 Formelzeichen und Abkrzungen A Endplattenflche der Wirbel A(8) Tages-Vibrationsexpositionswert BMI Krpermassenzahl (en: body mass index), Quotient aus Krper

20、masse in kg und Quadrat der Krperhhe in m b Alter zu Beginn der Exposition cdyn(t) Zeitreihe der dynamischen Kompressionskraft Cdyn Spitzenwerte der dynamischen Kompressionskraft Cstatstatische Kompressionskraft i Anzahl der Jahre ab Expositionsbeginn IF Instationarittsfaktor Ku Kurtosis KuSinusKurt

21、osis eines Sinus-Signals N Anzahl der Tage mit Exposition whrend eines Jahres DIN SPEC 45697:2012-06 6 R Risikofaktor rms energetischer Mittelwert, Effektivwert (en: root-mean-square) rmq berenergetischer Mittelwert (en: root-mean-quad) S Kompressionsbelastung (Druck- oder Zugspannung) SuBruchfestig

22、keit t Zeit VDV Schwingungsdosiswert (en: vibration dose value) x, y, z Richtungen der Vibrationsexposition 3.2 Indizes und Laufvariable d tglich, z. B. Dauer der tglichen Exposition tdh Zhler fr Expositionsmuster je Jahr i Zhler fr Jahre ab Expositionsbeginn bis Expositionsende j Zhler fr Expositio

23、nsbedingungen je Tag m gemessen, z. B. Messdauer tmp Zhler fr Spitzenwerte, z. B. Cdyn,pq jhrlich, z. B. jhrliche Kompressionsbelastungsdosis Sq4 Messungen Die Schwingungsmessungen einschlielich Richtungen der Beschleunigungen, Anordnung der Mess-aufnehmer, Dauer der Messung und ein Bericht zu den S

24、chwingungsbedingungen sollte entsprechend den Anforderungen in ISO 2631-1 erfolgen. Die Festlegungen in DIN EN ISO 8041 zu den Messinstrumenten sowie in DIN EN 30326-1 zur Anordnung der Messaufnehmer an Sitz und Rckenlehne sowie zur Gestaltung der Messscheibe sind zu beachten. Messgre ist die unbewe

25、rtete Schwingbeschleunigung, die mit einer Abtastrate von mindestens 250 Hz in drei Richtungen ermittelt werden muss. An allen Messorten und in allen Messrichtungen muss die Beschleuni-gung synchron erfasst werden. Der Messbereich der Beschleunigungsaufnehmer sollte mindestens bei 0,5 Hz beginnen. F

26、r eine korrekte Beurteilung von stohaltigen Schwingungen ist die Erfassung der Vorzeichen der Beschleunigungszeitsignale eine unverzichtbare Voraussetzung. Im basiszentrischen Koordinatensystem nach ISO 8727 ist die Richtung der y-Achse nach links vom sitzenden Fahrer positiv. Die Richtung der x-Ach

27、se ist nach ventral und die der z-Achse nach kranial positiv. Die Messdauer sollte so gewhlt werden, dass eine reprsentative Erfassung der fr die Exposition typischen Ste sichergestellt ist, und sollte mindestens 180 s betragen. Whrend der Messung sollten Sitzpositionen eingenommen werden, die fr ty

28、pische Arbeitsaktivitten erforderlich sind. Die Krpermasse und Krperhhe der Person sowie fr die Ttigkeit reprsentative Haltungen sind zu dokumentieren. DIN SPEC 45697:2012-06 7 5 Vortests von Beschleunigungen In einem Vortest knnen fr die gemessenen Beschleunigungen frequenzbewertete (der Korrekturf

29、aktor 1,4 fr die horizontalen Richtungen wird bercksichtigt) und unbewertete rms- und rmq-Werte, VDV- und A(8)-Werte fr alle drei Expositionsrichtungen ermittelt werden. Zur Klrung der Stohaltigkeit der unbewerteten, zwischen Sitzpolster und Fahrer gemessenen Beschleuni-gungen kann der Instationarit

30、tsfaktor IF 33 genutzt werden, der die Kurtosis Ku des gemessenen Signals mit der Kurtosis KuSinuseines Sinus-Signals ins Verhltnis setzt: 6,11,5KuKuKu44Sinus=IF (1) Ist Ungleichung (1) fr mindestens eine Vibrationsrichtung der Sitzbeschleunigung erfllt, ist die Anwendung dieser DIN SPEC erforderlic

31、h. ANMERKUNG 1 Die Bedingung von ISO 2631-1:1997, Gleichung (8), fr stohaltige Anregungen entspricht bei mittelwertfreien Anregungen der Bedingung IF 1,58. Die Routine Vortest“ des Berechnungsprogramms gibt die Parameter fr jede gewhlte Beschleunigungs-zeitreihe in einer Ergebnisdatei aus. ANMERKUNG

32、 2 Das erforderliche Programm mit Anleitung befindet sich auf der zu dieser DIN SPEC gehrigen CD. 6 Ermittlung der internen Wirbelsulenbelastung 6.1 Allgemeines Die Ermittlung der lumbalen Belastungsdosis umfasst folgende Schritte: Die Berechnung der internen Wirbelsulenkrfte fr gemessene Exposition

33、sdaten erfolgt anhand von bertragungsfunktionen zwischen der Vibrationsanregung und den Wirbelsulenkrften, wobei die ber-tragungsfunktionen mit validierten, prdiktiven, anatomiebasierten Finite-Element-Modellen (FE-Modelle) bestimmt wurden. Die Anzahl und Amplitude von Spitzenwerten der so bestimmte

34、n Kompressionsbelastung der Wirbelsule werden ermittelt und die Belastungsdosis berechnet. ANMERKUNG Die Modelle bercksichtigen den Frequenzbereich zwischen 0,5 Hz und 30 Hz. 6.2 Berechnungen der internen Wirbelsulenkrfte Die Berechnung der internen Wirbelsulenkrfte fr die nach Abschnitt 4 gemessene

35、n Beschleunigungs-zeitreihen erfolgt auf Basis der Ergebnisse einer Gruppe von FE-Modellen des sitzenden Menschen. Diese FE-Modelle sind Haltungsvariationen eines anatomiebasierten FE-Modells fr die aufrecht sitzende Haltung bei Einwirkung verschiedener Intensitten 18 bis 20, 36 bis 39. Fr diese Hal

36、tung liegt eine Vielzahl von Messungen fr die scheinbare Masse und die bertragungsfunktionen zu verschiedenen Krperteilen vor 16, anhand derer das Modell intensiv validiert wurde. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Modellierung und Validierung des Lendenwirbelsulenbereichs und der dortigen Mus

37、kulatur. So erfolgte die Modellierung und Validierung der Lendenwirbelsule schrittweise vom Wirbelkper bzw. der Bandscheibe separat ber einzelne Bewegungssegmente bis hin zur gesamten Lendenwirbelsule. Zur korrekten Bercksichtigung der fr die Aufrechterhaltung der jeweiligen Krperhaltung notwendigen

38、 statischen Muskel-krfte, die auf die Wirbelsule wirken, wurde ein detailliertes Muskelmodell fr den Lendenbereich integriert, das es erlaubt, diese Krfte mittels einer Optimierungsroutine zu ermitteln. DIN SPEC 45697:2012-06 8 Dies zusammen mit der strikten Orientierung an der Anatomie bei der Mode

39、llierung der brigen Krperteile und Gelenke ermglicht es, das Modell an typische Arbeitshaltungen und typische Fahrer-Anthropometrien anzupassen. Fr die Anwendung im Rahmen dieser DIN SPEC wurden fr sechs besonders hufige typische Arbeitshaltungen und jeweils zehn reprsentative Fahrer-Anthropometrien

40、 FE-Modelle generiert und mit diesen die bertragungsfunktionen der Beschleunigungen verschiedener Intensittsklassen von den vier Mensch-Maschine-Schnittstellen Ges, Rcken, Fe und Hnde zu den Krften (Kompression und Schub) in der Lendenwirbelsule berechnet 43. Die Fahrer-Anthropometrien der FE-Modell

41、e beziehen sich auf zwei BMI-Gruppen zur Bercksichtigung der Gesamtstatur der Fahrer oder Bediener. In jeder BMI-Gruppe stehen fnf Krpermassen-Perzentile zur Verfgung 17. Basierend auf den berechneten bertragungsfunktionen werden mit dem auf der beiliegenden CD zur Verfgung gestellten Berechnungspro

42、gramm fr gegebene gemessene Beschleunigungen durch Super-position der einzelnen Anteile (Anregungsrichtung, Anregungsort) die Bandscheibenkrfte ermittelt. Die Auswahl der Modellhaltung erfolgt anhand des Vergleichs von sieben Krperwinkeln in der Sagittalebene der Modelle mit denjenigen des jeweilige

43、n Fahrers oder Bedieners oder anhand der entsprechenden Maschinen-gruppe. Die Auswahl der Anthropometrie erfolgt automatisch, basierend auf der Angabe von Krpermasse und Krperhhe von Fahrer oder Bediener. Die Intensitt wird automatisch in Abhngigkeit vom maximalen unbewerteten Effektivwert der Sitzb

44、eschleunigung in den drei Vibrationsrichtungen gewhlt. Die Berechnungen liefern als Ergebnisse Zeitreihen der internen Wirbelsulenkrfte fr sechs Wirbel-sulenetagen (T12/L1 bis L5/S1) in drei Richtungen (Kompression, lateraler Schub und anteriorer Schub). Die Analyse-Software bietet in Abhngigkeit vo

45、n der Zielstellung der Gefhrdungsanalyse Mglichkeiten zu orientierenden und speziellen Analysen. Einzelheiten und weitere Erluterungen der Analyse-Software sind in Anhang B beschrieben. ANMERKUNG Erforderliche Tabellen und Nutzerhinweise befinden sich auf der zu dieser DIN SPEC gehrigen CD. Das grun

46、dlegende Vorgehen wird durch die Gleichungen in 6.3 beschrieben. 6.3 Ermittlung der Dosis fr die internen Kompressionskrfte Um die Wahrscheinlichkeit von negativen Auswirkungen vibrationsbedingter Druckvernderungen abschtzen zu knnen, werden in dieser DIN SPEC Erkenntnisse der Theorie der Ermdungsbr

47、che genutzt. Da sich die Palmgren-Miner-Ermdungstheorie ausschlielich auf die durch Kompressionswirkungen verursachten Ermdungsbrche der Wirbel-Endplattenflchen bezieht 7, 8, 11, 12, 14, 15, 21 bis 27, 30 bis 32, 42, werden in die Dosisberechnung nur die Spitzenwerte derjenigen berechneten dynamisch

48、en Krfte einbezogen, die Kompressionen an den Endplattenflchen bewirken. ANMERKUNG 1 Es ist ein konservativer Palmgreen-Miner Exponent von 6 gewhlt worden, was auch durch aktuelle Untersuchungsergebnisse besttigt ist (siehe Abschnitt A.1). ANMERKUNG 2 Ein Spitzenwert ist der maximale Wert der berech

49、neten dynamischen Kompressionskrfte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgngen durch den Mittelwert. ANMERKUNG 3 ber die durch Scherkrfte verursachten Schadensmechanismen existieren im internationalen Schrifttum bisher keine gesicherten Erkenntnisse. Zu gegebenem Zeitpunkt sollten diese jedoch dringend bercksichtigt