This thesis developed biomechanical models of the human body for evaluating the vibration transmissibility and dynamic response to vertical vibrations in sitting posture. The developing process is listed and through this process two models are developed in normal posture and in backrest supported posture. First, human body dynamic characteristics are measured with- the apparent mass and acceleration transmissibilities through vibration exciting experiments. To develop a model that can describe these measured characteristics, several structures of body model that consist of several lumped masses connected by linear spring and dampers are listed. These models are analyzed through dynamic analysis and transmissibility calculation process with linearization. Comparing the nonlinear dynamic analysis method and linearization method, we can see that linearization is efficient method in this vibration experiment condition. Next these models are fitted to depict the experimental results of human body dynamic characteristics through optimization process. Finally a model describing the human body dynamic characteristics efficiently is selected. This process is applied to a model in normal posture and backrest supported posture.
A biomechanical model in normal posture was selected from ten structural models after fitting to measured data of apparent mass, vertical head vibration transmissibilities. The apparent mass and transmissibility were measured from the experiment of nine individuals on a vertical exciter vibrating under random signals. The mechanical parameters are determined by comparing the model responses and experimental data with respect to the apparent mass and head acceleration transmissibility. A model that consists of 5 mass elements is selected considering the fitting error and efficiency. The proposed model describes the experimental data well and shows primary vibration mode at about 4-6hz and secondary vibration mode at about 8-10hz.
A biomechanical model in backrest supported posture was developed with the modified structure of the determined normal posture model. The mechanical parameters were determined by comparing the model responses and experimental data with respect to the apparent mass and head transmissibilities. The apparent mass and transmissibility were measured from the experiments of ten individuals on a vertical exciter with backrest support vibrating under random signals. The proposed model demonstrates good description of the experimental data that shows primary vibration mode at about 5hz and other modes at about 7hz and 13--16hz.
수직 방향 가진에 대한 진동 특성을 표현하는 앉은 자세의 동역학 인체모델을 개발하였다. 모델 개발 방법을 정리하였고 개발 방법에 따라 보통 자세와 등을 기대고 앉은 자세의 인체 모델을 개발하였다. 먼저 가진 실험을 통해 인체의 진동 특성을 겉보기질량과 가속도 전달률을 통하여 측정하였다. 측정된 인체의 진동 특성을 표현할 수 있는 모델을 개발하기 위하여 각기 다른 구조의 10개의 모델을 대상으로 하여 해석을 수행하였다. 모델은 각기 몇 개의 강체요소와 스프링-댐퍼 요소로 구성되었다. 모델들은 동역학 해석을 통해 전달률을 구하는 방법과 선형화 과정을 통하여 전달률을 구하는 방법을 이용하여 해석되었다. 두 가지 방법을 비교한 결과 실험에 사용한 진동의 수준에서는 선형화 방법이 유용함을 알 수 있었다. 이 모델들은 최적화 과정을 통하여 실험 결과를 묘사할 수 있도록 스프링요소와 댐핑요소의 특성을 결정하였다. 각 모델의의 곡선 접합 결과 오차와 효율성을 비교하여 적합한 모델을 선정하였다. 이 과정들은 보통의 앉은 자세와 등을 기대고 앉은 자세에 대하여 적용하였다.
보통의 앉은 자세에 대한 모델은 10개의 다른 구조의 모델을 실험의 겉보기 질량과 전달률 특성을 표현할 수 있도록 파라미터 값을 결정하여 적합한 모델을 결정하였다. 실험은 9명의 피실험자에 대해 랜덤 가진 실험을 수행하여 겉보기 질량과 머리의 전달률을 측정하였으며 모델의 파라미터는 실험 결과를 잘 추종할 수 있도록 최적화 과정을 통하여 결정하였다. 그 결과 5개의 강체로 구성된 모델이 결정되었다. 제안된 모델은 첫번째 진동모드가 4-6hz사이에서 나타나고 두번째 진동모드가 8-10hz 사이에서 나타나는 일반적인 실험 결과와 잘 일치하였다.
등을 지지하고 앉은 자세에 대한 모델은 보통 자세에서 결정된 구조에 등판 지지가 되는 자세로 수정하여 개발되었다. 등판에 기댄 자세의 10명의 피실험자에 대한 가진 실험을 수행하여 진동 특성을 측정하였으며 계측된 진동 특성을 나타내도록 모델의 파라미터를 결정하였다. 제안된 모델은 5hz부분에서 첫번째 진동모드를 나타내고 7hz와 13-16hz에서 진동모드를 나타내는 실험 결과를 잘 표현하고 있다.
