人体行走过程中的滑摔倾向及其机制与防控研究

发布时间：2017-12-28 02:07

本文关键词：人体行走过程中的滑摔倾向及其机制与防控研究　出处：《机械科学研究总院》2013年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：打滑以及由打滑引起摔倒事故是一个普遍存在的社会现象，会对人们造成不同程度的身体和心理伤害。轮船、汽车、飞机等是人们出行常用的交通工具，在这些运动着地器件上行走时一旦发生打滑或摔倒，对人体造成的伤害更大。因此，研究人体在静止路面和运动路面上行走时发生打滑的倾向大小和机制具有很大的理论意义和实际意义。本文研制了步进摩擦测试分析平台，并在该平台上进行了水平路面条件下的人体行走试验。结果表明：年龄、性别以及行走过程中所采用的步速和步长都对打滑倾向有影响。在所有试验组中，，儿童的打滑倾向最大，青年的打滑倾向最小；男性发生侧向打滑的倾向较大，而女性发生前后方向打滑的倾向较大。打滑倾向随步长的增大而增大，随步速的增大而减小。本文采用步进摩擦测试分析平台探讨了摩擦副材料及表面状况对打滑倾向的影响，结果表明摩擦副材料与其表面状态都对打滑倾向有影响。在所使用的具有不同花纹的鞋底试样中，折线纹的综合防滑性能最好，横条纹的前后向防滑性能最好，纵条纹的侧向防滑性能最好，菱形纹和小圆点纹也有较好的防滑性能。在所使用的三种地板中，瓷砖和花岗岩的防滑性能相当，钢板的防滑性能最好；地板表面上有小而多的凸起花纹时，防滑性能较好。本文采用步进摩擦测试分析平台进行了坡道行走试验，结果表明：在坡道上行走时，发生侧向打滑的倾向几乎不受坡度角的影响，而前后方向的打滑倾向随坡度角的增大而增大；在所有试验组中，青年和中年组的打滑倾向大小相当且最小，儿童的打滑倾向最大。本文采用步进摩擦测试分析平台进行了正弦波条件下的人体行走试验，结果表明：正弦波条件下行走时，发生侧向打滑的倾向基本不随试验条件的改变而改变，但前后方向的打滑倾向随波幅、波频和人体在波浪中的位置而有所不同。摇摆的角度越大、频率越高，越容易发生脚起步时的向后滑，因此，人们在乘船时，为了防止打滑，可使上体稍向后仰，使重力对身体中心产生一个顺时针力矩，以抵消脚地接触力所产生的逆时针力矩。本文根据人体行走的特点并对其进行了合理简化，建立了人体行走过程中重心运动轨迹的物理模型和数学模型，以此模型为基础，分析了人体行走过程中发生滑摔的力学机制，结果表明：人体发生打滑的根本原因是各力对人体重心所产生的力矩不守恒。着地脚的侧向力矩大，则人体向起步脚侧倒；反之，起步脚的侧向力大，人体就会向着地脚侧倒。着地脚的前后向力或起步脚的垂向力产生的力矩越小，身体向后倾倒的打滑几率也越大，而起步脚的前后向力或着地脚的垂向力产生的力矩越小，身体向前倾倒的打滑几率也越大。根据滑摔的力学机制及其主要影响因素，提出了预防滑摔的主要措施，一是通过调整人体的行走姿态，以降低安全行走所需要的最低摩擦系数；二是通过改变脚、地接触界面的特性，以提高地面所能提供的最大摩擦系数。
[Abstract]:Skidding and skidding are a common social phenomenon, which can cause physical and psychological harm to people in varying degrees. Ships, cars, planes and so on are common vehicles for people to travel. When they are walking on these moving devices, they will cause greater harm to people if they slip or fall. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to study the tendency of the skidding tendency and mechanism of the human body to walk on the static road and the moving pavement.
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117.1

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