振动疲劳的时频域分析与其预防方法探究

发布时间：2020-02-13 01:25

【摘要】：陆、海、空各种运载工具(汽车、坦克、飞机、航天器、船舶等)在动态环境下工作时,都会产生机械振动。这种振动将会引起驾乘人员的肌肉疲劳,其中以腰、颈、臂、股疲劳最为常见,而长期处于振动疲劳状态下可导致慢性肌肉骨骼损伤。因此,研究动态振动环境对人体的影响和找到预防振动疲劳的方法已成为人机工程学和生物医学领域的一个重要课题。由于人体在舒适和疲劳状态下对应的肌纤维电位传导速度的不同,会引起各骨骼肌放电的不同,最终导致表面肌电信号的特征差异。相比于通过测定血液中乳酸含量评价疲劳的创入式方法,表面肌电图法凭借着其无创、简易、多测点等测量优势在医学、运动学、工效学等领域广泛应用。因此,选用表面肌电图法作为本文实验的主要方法。本文首先介绍了表面肌电信号的产生机理,根据肌电信号的特点分析了采集信号过程的主要干扰因素,同时从软硬件两方面来设计本文的信号采集实验流程；其次是记录了本文实验的步骤。本文主要针对于驾乘环境下振动疲劳分析,故需要尽可能模拟驾乘状态、搭建驾乘环境。本文实验采用YS系列电磁吸合式振动台进行激振,将受试者安放在汽车座椅上,通过Delsys软件系统来接收监测出的肌电信号,并将各骨骼肌的表面肌电信号记录和显示在电脑中；然后是根据实验监测出的肌电信号样本,分别对其进行时域分析和频域分析。其中将积分肌电值作为时域分析的疲劳评价标准,将中值频率和平均频率作为频域分析的疲劳评价指标,通过对时频域的分析,可以得到测试目标的骨骼肌产生疲劳的难易程度、产生疲劳的时间、各骨骼肌振动过程中频率的变化以及各疲劳指标的变化情况,可以分析出根据iEMG值的衰减和中值频率的左移现象能用来评价振动疲劳,模拟出汽车在行驶过程中由振动所致疲劳发生的难易程度为竖脊肌、颈项肌、肱二头肌和股二头肌；最后提出一种预防振动疲劳产生的方法——加速度补偿法,加速补偿法可分为单方向加速度补偿法、多方向加速度补偿和最大值补偿法。此种方法的基本理论是通过找到影响肌肉振动最大加速度方向,并通过加该方向相反加速度使其产生影响变低,进而抵消惯性力,减小振动所引起的疲劳。通过对各加速度补偿法在相应骨骼肌上的应用,可对比加速度补偿前后受试者肌电信号的疲劳程度。通过对比,加速度补偿法可将相应肌肉所受加速度降低30%～80%,达到了缓解疲劳的效果。
【图文】：

示意图,示意图,肌纤维,肌外膜

图2.1骨路肌解剖分解示意图Fig.2.1 Schematic diagram of skeletal anatomy很多肌纤维组成的部分成为肌腹，再加之上文提到的连接作用的肌腱共同组成了骨路肌。肌纤维(muscle fiber)其实还可以再分，，除去包裹在其外部的肌外膜(cell membrane)

示意图,神经,示意图,肌纤维

我们把这样的组成叫做运动单元，它是通过从脊髓中运动神经原的细胞体、脊髓神经、神经纤维（轴突）再到运动终板所控制的肌纤维组成神经肌肉，如图2.2所示【28】。后根射中会全运动神经元"77掌士NB /,肌肉缩、Z 、、丨放脉冲、、神经纤维 /脊髓、 \信号的；I 前角；、、、源头 NB‘控制单元终点1 ：肌纤维图2.2神经与骨煃肌连接示意图Fig.2.2 Neuromuscular connection diagram上述所提到的运动单元是控制肌肉缩放e蠡镜ノ唬拇笮∈怯伤涞募∠宋龆ǖ腎29】。在做动作幅度较大的机械运动时，所需要牵扯的肌纤维就多，对应的神经-12-
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U467.493;TH113.1

【参考文献】