CC BY
72
М.К. Романченко
канд. техн. наук, заместитель директора по научно-методической работе, ГАОУ СПО НСО «Новосибирский техникум автосервиса и дорожного хозяйства»
И.В. Сырмолотов
директор,
ГАОУ СПО НСО «<Новосибирский техникум автосервиса и дорожного хозяйства» МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
Аннотация. В статье рассмотрена проблема защиты от вибрации сидящего человека. Отмечается, что отдельные механизмы опасны по вибрации для здоровья работников. Рассмотрен ряд научных работ, которые наглядно показывают, что среди различных систем защиты наиболее эффективно упругое подвешивание сиденья. При рассмотрении вязкого сопротивления человеческого тела в зависимости от частоты, заметна тенденция усиления импеданса в области низких частот.
Ключевые слова: вибрация, организм человека, резонанс, механические свойства, механические колебания.
M.K. Romanchenko, candidate of engineering science, Novosibirsk technical school of car-care centre and a road equipment
I.V. Syrmolotov, Novosibirsk technical school of car-care centre and a road equipment
MECHANICAL CHARACTERISTICS OF HUMAN BODY
Abstract. In article the problem of protection against vibration of the sitting person is considered. It is noticed that separate mechanisms are dangerous on vibration to health of workers. A considerable quantity is studied of scientific works which demonstrate that among various systems of protection most effectively elastic suspension of a seat. By consideration of viscous resistance of a human body depending on frequency, the tendency of strengthening of an impedance in the field of low frequencies is appreciable.
Keywords: vibration, human body, resonance, mechanical properties, mechanical fluctuations.
Исследование механических характеристик человека имеет давнюю историю. Известно, что изготавливаемые кареты отличались особой плавностью хода и позволяли с удобством преодолевать большие расстояния. Статическая просадка этих экипажей от веса человека доходила до 5 см и более. С учетом собственной массы это давало частоту свободных колебаний 0,6-0,9 Гц. На такой частоте тело человека не участвует в колебаниях и может рассматриваться как твердое.
Начало исследованиям в современном понимании было положено в период появления транспортных средств управляемых человеком. Работа вблизи машины приводила к нарушениям здоровья, что вызвало интерес к изучению влияния вибрации на организм. Работа на конвейере или с использованием ручного инструмента наносила вред здоровью или могла быть недостаточно эффективной от действия вибраций. Управление автомобилем, гусеничным транспортом, также было связано с действием вибрации.
Человек нередко испытывает общую вибрацию на рабочих местах и транспортных средствах. Длительное действие вибрации вызывает неудобства особенно при резонансе.
В соответствии со стандартом [2] динамической характеристикой для местной вибрации считается входной механический импеданс или отношение среднеквадра-
тичной силы к среднеквадратичной скорости. Уровни локальной и общей вибрации выбираются вблизи нормы или на 10-20 дБ выше нормы по виброскорости. Сдвиг фаз между силой и скоростью измеряется в пределах от минус 180о до плюс 180о. Переходным элементом может быть сиденье, рукоятка, площадка через которую вибрация передается на тело человека. Стандарт предусматривает жесткий переходной элемент, что отражено в его собственной частоте, которая должна быть минимум вдвое выше частоты испытаний. Таким образом, источник вибрации при испытании считается детерминированным, а между телом и переходным элементом не должно быть посторонних устройств или прокладок.
Недавно проведенные исследования [3] обсуждались на 39 Британской конференции по изучению действия вибрации на человека. Отмечены неудобства при низкочастотных поворотных вибрациях, а также влияние задних и боковых присоединенных масс сидящего человека на боковую и поворотную вибрацию.
Отмечено несоответствие условий измерения вибрации в разных странах, что может снижать надежность измерений с участием сидящего человека при исследовании удобства сиденья. Известны обширные исследования [1] механических свойств тела сидящего человека при различных позах. В большинстве случаев наибольший импеданс наблюдается на частоте 5-7 Гц. Это указывает на увеличение колебаний корпуса в указанном диапазоне частот. Амплитудно-частотные характеристики для головы сидящего человека практически повторяют кривые импеданса по характеру, но отличаются тем, что на частоте 15 Гц колебания значительно усиливаются.
Интересное явление можно заметить при исследовании локальной вибрации приложенной к различным частям тела. Общая картина показывает тем большую частоту резонанса, чем меньшая масса подвержена вибрации. Такой результат укладывается в представление о волновом характере колебаний в теле.
Спектральные плотности виброускорений на рабочих местах автомобилей, судов и вагонов [1] показывают устойчивое увеличение на частоте 1-3 Гц. Ускорение на этих частотах выше, чем на других в три-пять раз. Особенно неприятной для человека оказывается вибрация колесных тракторов, где пик плотности ускорения приходится на частоту 4 Гц. Здесь отличие от других частот составляет 6 раз. Именно эта частота наиболее неприятна для человека. Исключением в этом списке являются самолеты, где спектральная плотность виброускорения равномерно убывает с частоты 0,7 Гц до 10 Гц.
Механические колебания в области инфразвуковых (дозвуковых) и частично звуковых частот носят название вибрации. Колебания с частотой до 12 Гц воспринимаются всем телом как отдельные толчки.
По степени распространения в организме человека вибрацию разделяют на общую и локальную. При общей вибрации колебательное движение передается на весь организм, а при местной - только на отдельные его участки. Однако такое разделение вибрации является условным, так как и локальная вибрация в итоге влияет на весь организм. Кроме того, в промышленности локальная вибрация во многих случаях сочетается с общей вибрацией.
На частоте выше 2 Гц человеческое тело вибрирует не как целое, а по частям. Некоторые данные по резонансным частотам сидящего человека от действия вертикальной вибрации приведены ниже:
3-4 Гц - сильный резонанс головы;
3-6 Гц - резонанс шейного отдела позвоночника;
4 Гц - пик резонанса поясничных позвонков;
4-5 Гц - резонанс рук, затрудняющий точные движения;
4-6 Гц - резонанс сердца;
5 Гц - сильный резонанс плечевого пояса (удвоение смещений);
5-20 Гц - резонанс гортани (изменение голоса);
5-30 Гц - резонанс головы;
10-18 Гц - резонанс мочевого пузыря (позывы к мочеиспусканию);
20-70 Гц - резонанс глазных яблок (трудно смотреть).
Исследования, проведенные в последние десятилетия, показали, что частоты колебаний тела образуют две группы. Низкочастотная область включает большие группы мышц и массивные части тела. Высокочастотная область характерна для местной вибрации, например пальцев рук. Низкочастотная вибрация по физическому смыслу и по своим проявлениям является общей вибрацией. Именно общая вибрация сидящего человека является предметом обсуждения.
Если трактовать импеданс как работу сил вязкого сопротивления, то максимальная работа имеет место при разности фаз между силой и скоростью равной 90о. В соответствии со стандартом, наиболее опасным и неприятным является диапазон частот 4-6 Гц, затем выделяется диапазон 8-10 Гц и диапазон 30-60 Гц.
Выводы:
1. Системы и механизмы являющиеся источником вибрации опасны для здоровья человека.
2. Разработанные средства защиты человека от вибрации недостаточно эффективны в области низких частот.
3. Современные модели передачи общей вибрации являются недостаточными полными и не могут использоваться для синтеза высокоэффективных защитных устройств.
4. Основным отличием человека как защищаемого объекта является низкая собственная частота, которая находится в пределах 3,5-6,5 Гц.
5. Наиболее перспективным методом защиты от вибрации может быть виброизолирующее устройство, согласованное по параметрам с защищаемым объектом в заданном диапазоне частот.
Список литературы:
1. Вибрации в технике: Справочник. Т. 6. Защита от вибрации и ударов/ Под ред. К.В. Фролова, - М.: Машиностроение, 1981. 456 с.
2. Система Стандартов Безопасности Труда Метод определения динамических характеристик тела человека при воздействии вибрации, ГОСТ 12.4.094-88, Государственный комитет по стандартам, изд. «Московский печатник». 1989. М. 18 с.
3. Van der Westhuizen, A and Van Niekerk, J.L. «Проверка сиденья как качественный эталон оценки динамических характеристик комфорта сидящего человека, 39-е Совещание группы Великобритания по изучению действия вибрации на человека, RMS Laboratories, Ладлоу, Англия, 2004 г., С. 249-262.
List of references:
1. Vibrations in Engineering: A Handbook. T. 6. Vibration and shock / Ed. KV Frolov, - Moscow: Mashinostroenie, 1981. 456 p.
2. Occupational safety standards system Occupational safety standards system. Method for determination of dynamical characteristics of human body under vibration action GOST 12.4.094-88 The State Committee of Standards, Vol. "Moscow printer." 1989. M. 18 with.
3. Van der Westhuizen, A and Van Niekerk, J.L. "The verification of SEAT value as a reliable metric for the assessment of dynamic seat comfort," 39th UK Group Meeting on Human Response to Vibration, RMS Laboratories, Ludlow, England, 2004, P. 249-262.
Н.М. Русин
канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН
А.Л. Скоренцев
технолог, Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности
и материаловедения Сибирского отделения РАН
СТРУКТУРА И СТРУКТУРНО-ЗАВИСИМЫЕ СВОЙСТВА ПОДВЕРГНУТОГО УГЛОВОМУ ПРЕССОВАНИЮ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА С БОЛЬШИМ
СОДЕРЖАНИЕМ ОЛОВА
Аннотация. На примере сплава А1-Бп с матричной структурой исследованы особенности её трансформации в условиях равноканального углового прессования. Установлено, что при многократном прессовании образца без вращения (маршрут А) структура сплава становится слоистой. Предложена модель, описывающая трансформацию структуры двухфазных сплавов при такой обработке. Показано, что прочность сплава со слоистой структурой описывается модифицированной закономерностью Холла-Петча.
Ключевые слова: равноканальное угловое прессование, интенсивная пластическая деформация, металлические композиционные материалы.
N.M. Rusin, ISPMS of the Siberian Branch of the RAS, Tomsk
A.L. Skorentsev, ISPMS of the Siberian Branch of the RAS, Tomsk
STRUCTURE AND THE STRUCTURALLY DEPENDENT PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOY
WITH THE HIGH CONTENT OF TIN, SUBJECTED TO ANGULAR EXTRUSION
Abstract. The special features of matrix structure of alloy Al-Sn transformation under the conditions of equal channel angular extrusion were investigated. It did establish that during repeated extrusion of model without the rotation (route A) the structure of alloy becomes laminar. The model, which describes the transformation of the structure of two-phase alloys with this working, is proposed. It is shown that the strength of severe deformed alloy is described by modified Hall- Petch law.
Keywords: equal channel angular pressing; severe plastic deformation; metal composition materials.
Введение. Прочность композиционных материалов (КМ) с наполненной твёрдыми частицами матрицей зависит от концентрации фаз по правилу смеси:
Окм = OAÎa + OefB, (1)
где а и f есть прочность и объёмная доля фазы с соответствующим индексом. При
