The fundamentals of biomechanical modelling in transport facilities

• Autorzy: Więckowski D.

Warianty tytułu

PL

Podstawy modelowania biomechanicznego w środkach transportu

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono podstawy związane z modelowaniem biomechanicznym w ujęciu inżynierskim. Praca ma charakter przeglądowy, a jej celem jest przedstawienie różnych metod modelowania biomechanicznego wykorzystywanych w środkach transportu. Nawiązano do historii rozwoju modelowania, zwracając uwagę na początki modelowania. Przytoczono definicję modelu oraz omówiono postacie modeli. Zdefiniowano pojęcie biomechaniki. Zaprezentowano sposób budowy modelu człowieka. Zwrócono uwagę na główne segmenty ciała człowieka w aspekcie uwzględnienia ich w procesie modelowania. Opisano trudności związane z modelowaniem ruchów ciała i działających na to ciało sił. Zaprezentowano podział modeli biomechanicznych oraz opisano charakterystyczne cechy i przykłady zastosowań. Zwrócono uwagę na różne rodzaje modeli biodynamicznych, w tym modele fizyczne, matematyczne i zwierzęce. Podkreślono różnice w modelowaniu człowieka w zależności od przyjętego modelu. Pokazano przykłady modelowania. W podsumowaniu podkreślono, że dany model biomechaniczny może odwzorowywać tylko kilka aspektów ciała ludzkiego. Natomiast badanie poprawności modelu powinno obejmować porównania pomiędzy danymi prognozowanymi przy użyciu tego modelu, a niezależnymi obserwacjami prognozowanych odpowiedzi. Wskazano kierunki dalszych prac związanych z modyfikacją, rozwojem modeli.

EN

The fundamentals related to biomechanical modelling have been discussed in this paper from the engineer.s point of view. The paper is a kind of review and it is to present various biomechanical modelling methods used to study the phenomena taking place in transport facilities. Reference has been made to the history of development of the modelling, with directing particular attention to the beginnings of the modelling. Definitions of the term "model" have been quoted and various model types have been discussed. The idea of "biomechanics" has been defined. The method of building a model of the human body has been shown. Attention has been drawn to the major segments of the human body from the point of view of taking the segments into account in the modelling process. The difficulties challenging the modelling of body movements and forces acting on the body have been described. The classification of biomechanical models has been presented, with the characteristic features and examples of application of such models having been described: Various types of biodynamic models, including physical, mathematical, and animal models, have been pointed out. Differences in the modelling of a human body depending on the model adopted have been highlighted. A number of modelling examples have been presented. In the conclusions, it has been emphasised that a specific biomechanical model may represent only a few aspects of the human body. On the other hand, model validation should include comparisons between the predictions of the model and independent observations of the predicted responses. Directions of further work on the modification and development of models have been recommended.

Słowa kluczowe

PL

biomechanika; modelowanie; modelowanie biomechaniczne; środki transportu

EN

biomechanical modelling; biomechanics; modelling; transport facilities

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 2
• Strony: 81--96
• Opis fizyczny: 191--206,Bibliogr. 28 poz.,

Twórcy

autor

Więckowski D.

• Przemysłowy Instytut Motoryzacji, Laboratorium Badań Symulacyjnych ul. Jagiellońska 55, 03-301 Warszawa,

Bibliografia

• [1] WIERZBICKI, A.: Modele i wrażliwość układów sterowania. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1977.
• [2] Leksykon naukowo-techniczny. Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 1989. Wydanie czwarte poprawione.
• [3] OSIECKI, J.: Elementy modelowania w dynamice maszyn. Dynamika maszyn, PAN, Ossolineum 1974.
• [4] NADER, M.: Modelowanie i symulacja oddziaływania drgań pojazdów na organizm człowieka. Prace Naukowe Transport, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2001.
• [5] VALERO B., AMIROUCHE ., MAYTON F.: Pneumatic active suspension design for heavy vehicle seats and operator ride comfort. Proceedings of the First American Conference on Human Vibration, June 5-7, 2006, Morgantown, West Virginia, U.S.A., ss. 38-39.
• [6] BOILEAU, P. E., RAKHEJA, S.: Whole-body vertical biodynamic response characteristics of the seated vehicle driver Measurement and model development. International Journal of Industrial Ergonomics 22 (1998), ss. 449-472.
• [7] CHOROMAŃSKI, W., GĄGOROWSKI, A.: New concepts in the desingn of intelligent mechatronic vechicles seats. 21st International Symposium on Dynamics Vehicles on Roads and Track, Stockhom 2009, paper 161.
• [8] QASSEM, W.: Model prediction of vibration effects on human subject seated on various cushions. Medicine Engineering & Physics Vol. 18, July 1996, ss. 350-358.
• [9] QASSEN, W., OTHMAN, M. O.: Vibration effects on setting pregnant women-subject of various masses. Journal of Biomechanics 29 (4), ss. 493-501, 1996.
• [10] CHO-CHUNG LIANG, CHI-FENG CHIANG, TROUNG-GIANG NGUYEN.: Biodynamic responses of seated pregnant subjects exposed to vertical vibrations driving conditions. Vehicle System Dynamics Vol 45, No 11, 2007, ss. 1017-1049.
• [11] LIANG CH. CH., CHIANG CHI. F.: A study on biodynamic models of seated human subjects exposed to vertical vibration. International Journal of Industrial Ergonomics 36 (2006), ss. 869-89.
• [12] DIETRICH M., KĘDZIOR K., ZAGRAJEK T.: Nieliniowa analiza deformacji układu kręgosłupa z uwzględnieniem stateczności. Tom 5 - Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna, red. Nałęcz M., 2000, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT. Warszawa 2004.
• [13] GRIFFIN M. J.: The validation of biodynamic models. Clinical Biomechanics 16 Supplement No. 1, 2001, ss. 81-S86.
• [14] MORECKI A., KNAPCZYK J., KĘDZIOR K.: Teoria mechanizmów i manipulatorów. Podstawy i przykłady zastosowań w praktyce. Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 2002.
• [15] Polska Norma PN-ISO 5805 grudzień 2002. Drgania i wstrząsy mechaniczne. Ekspozycja człowieka. Terminologia.
• [16] NIZIOŁ J.: Drgania w przyrodzie, technice i medycynie. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2006.
• [17] DOBRY M. W., Cykl wykładów w zakresie: Biomechanika pracy i biomechanika ergonomiczna. Politechnika Poznańska, http://maly.ghost./pl/mw.pdf.
• [18] MATSUMOTO Y., GRIFFIN M..J.: Modelling the dynamic mechanisms associated with the principal resonance of the seated human body. Clinical Biomechanics 16 Supplement No. l., 2001 S31-S44.
• [19] BERGER E., GILMORE B. J.: Seat Dynamic Parameters for Ride Quality. SAE 930115, ss. 204-217, 1993.
• [20] KIM T-H., KIM Y-T., YOON Y-S.: Development of a biomechanical model of the human body in a sitting posture with vibration transmissibility in the vertical direction. International Journal of Industrial Ergonomics 35, 2005, ss. 817-829.
• [21] KOPALIŃSKI W.: Słowniki wyrazów obcych i zwrotów obcojęzycznych. Wiedza Powszechna, Wydanie 12, Warszawa 1983.
• [22] NAGAI M. i inni.: Coupled vibration of passenger and lightweight car-body in consideration of human-body biomechanics, Vehicle System Dynamics Vol 44, Supplement, 2006, ss. 601-611.
• [23] RAKHEJA S., AFEWORK Y., SANKAR S.: An analytical and experimental investigation of the driver-seat-suspension system. Vehicle System Dynamics Vol 23, 1994, ss. 501-524.
• [24] WEI L., GRIFFIN M. J.: The prediction of seat transmissibility from measures of seat impedance. Journal of Sound and Vibration 214 (1), 1998, ss. 121-137.
• [25] JAŚKIEWICZ M., STAŃCZYK T.L.: The identification of damping and stiffnes parameters of a driver model on the basis of crash tests, Journal of KONES Powertrain and Transport Vol. 16, No. 1, ss. 229-238, 2009.
• [26] GIACOMIN J. A.: Apparent mass of small children: Modelling. International Journal of Industrial Ergonomics 37 (2007), ss. 183-195.
• [27] KAPOOR T., ALTENHOF W.: A Comparison of the Haed Injury Parameters on a TNO P3 and a Three-year-old Hybrid III Child Dummies From Numerical Simulations. SAE Transactions 2005-01-1303, 2005, ss. 1529-1542.
• [28] WÖLFEL H. P.: Numerical models and hardware dummies for simulating whole body vibration of human - an overview. Proceedings of the First American Conference on Human Vibration, June 5-7, 2006, Morgantown, West Virginia, U.S.A., ss. 44-45.