冲击与振动对人体的影响201012466 徐文超人体是一个相当复杂的且具有生物活性主动调节的系统。
从医学角度看，人体是由多节骨骼和肌肉或器官组成的，其中肌肉和骨骼是运动的主动与被动的关系。
从机械的角度看，人体是一个复杂的柔弹性多体系统，人体的骨骼框架具有一定的刚性。
因此，近似条件下，人体是可用若干柔性或弹性与刚性体组成的系统模型予以描述[1-3]，人体可视为一种机械系统。
通过对人体的振动实验来看，2Hz以下振动时，人体可视为一个整体；2Hz带宽时，机械能将通过人体以波的形式传播，波长远大于人体尺寸，基于此种原因，人体可以简化为多自由度的集中参数模型。
坐姿时，人体系统基频为4~6Hz，立姿时为5Hz和12~15Hz。
在100Hz以上时，人体可作为具有分布参数的复杂系统，机械能可能以剪切波、表面波或复杂波得形式传播。
人体波传播的形式取决于频率成分和传播条件。
人体可视为一个多自由度的振动系统。
人体是具有弹性的组织，因此对振动反应与一个弹性系统相当。
为了准确预测动态环境下人体系统的响应，对于人体坐姿来说，通常可以分为头部，上躯干、下躯干（包括臀部）、左下肢、右下肢五个部分。
如不考虑水平、侧向振动的影响，可把人体系统动力学模型简化为5-DOF的垂直振动模型[4]。
人体全身振动模型是一种机械振动响应等效模型，它将人体各部分等效为质量、刚度、阻尼等机械元件。
如图1所示，该模型的动力学参数主要有：12345,,,,m m m m m ————人体头部、上躯干、下躯干（包括臀部）、左下肢、右下肢的质量，kg ；12345,,,,k k k k k ————上述人体各部分的刚度，1kN m -•；12345,,,,c c c c c ————上述人体各部分的阻尼系数，1Ns m -•；12345,,,,z z z z z ————上述人体各部分重心的位移，m ；66,k c ————座椅的刚度，1kN m -•；座椅的阻尼，1Ns m -•；0z ————车体的输入位移激励，m .根据牛顿第二定律，得到5-DOF 坐姿人体全身振动模型的振动微分方程为：M Z C Z KZ Bq •••++= M ，C ，K ，B 分别为人体系统的质量矩阵，阻尼矩阵，刚度矩阵，激励矩阵；Z 为输出矩阵，q 为激励矩阵。
为便于模型的简化及计算，假定人体左、右下肢的质量、刚度、阻尼均相等，即454545,,m m k k c c ===。
根据模型，可计算出人体坐姿全身振动的相关参数，进而进行相关分析。
人体是一个复杂的共振系统。
人体及其各种组织与器官都有其自身的共振频率。
生物力学研究证明，人体全身垂直振动在4～8Hz 处有一个最大的共振峰，称为第一共振频率。
它主要由人体胸腔共振频率产生对胸腔内脏影响最大。
在10～12Hz 和20～25Hz 附近有两个较小的共振峰，分别称为第 二和第三共振频率。
第二共振峰主要由人体腹腔共振频率产生，对腹部内脏影响最大。
此外,头部的共振频率约为2～3Hz ，心脏约为5Hz 眼约为18～50Hz ，脊柱约为30Hz,手约为30～40Hz ，臀和足部约为4～8Hz ，肩部约为2～6Hz ，躯干约为6Hz 。
人体的振动传递与人体骨骼、姿势（站姿或坐姿）和座椅型式等有关。
因此,在设计车辆和车辆座位时,必须考虑人体共振频率，采取减振措施，尽量避开人体共振效应[5]。
振动对人体的影响分为全身振动和局部振动。
全身振动是由振动源（振动机械、车辆、活动的工作平台）通过身体的支持部份（足部和臀部），将振动沿下肢或躯干传布全身引起接振动为主，局部振动是振动通过振动工具、振动机械或振动工件传向操作者的手和前臂。
1.全身振动对人体的不良影响接触强烈的全身振动可能导致内脏器官的损伤或位移，周围神经和血管功能的改变，可造成各种类型的、组织的、生物化学的改变，导致组织营养不良，如足部疼痛、下肢疲劳、足背脉搏动减弱、皮肤温度降低；女工可发生子宫下垂、自然流产及异常分娩率增加。
一般人可发生性机能下降、气体代谢增加。
振动加速度还可使人出现前庭功能障碍，导致内耳调节平衡功能失调，出现脸色苍白、恶心、呕吐、出冷汗、头疼头晕、呼吸浅表、心率和血压降低等症状。
晕车晕船即属全身振动性疾病。
全身振动还可造成腰椎损伤等运动系统影响。
2.局部振动对人体的不良影响局部接触强烈振动主要以手接触振动工具的方式为主，由于工作状态的不同，振动可传给一侧或双侧手臂，有时可传到肩部。
长期持续使用振动工具能引起末梢循环、末神经和骨关节肌肉运动系统的障碍，严重时可引起国家法定职业病－局部振动病。
局部振动病也称职业性雷诺现象、振动性血管神经病或振动性白指病等。
主要是由于人体长期受低频率、大振幅的振动，使植物神经功能紊乱，引起皮肤振动感受器及外周血管循环机能改变，久而久之，可出现一系列病理改变。
早期可出现肢端感觉异常、振动感觉减退。
主诉手部症状为手麻、手疼、手胀、手凉、手掌多汗、手疼多在夜间发生；其次为手僵、手颤、手无力（多在工作后发生），手指遇冷即出现缺血发白，严重时血管痉挛明显。
Ｘ片可见骨及关节改变。
碰撞、冲击和急剧减速对人体系统的影响比较严重，甚至危及生命安全，特别是在碰撞中，可能造成死亡。
人体对外力的冲击都有一定的承受限度，当外力超过限度时，人体便受到伤害。
对于碰撞、冲击，由于在短时间内产生的巨大冲击力，因此，瞬间的加速度很可能超过人体的容许上限，对人体造成严重的伤害。
对人体的内脏器官，如肺、心脏、头部、脖子、大脑的伤害或组织的破坏都是直接的，有可能导致器官出血危及生命。
振动的防护措施1）改革工艺设备和方法，以达到减振的目的，从生产工艺上控制或消除振动源是振动控制的最根本措施；2）采取自动化、半自动化控制装置，减少接振；3）改进振动设备与工具，降低振动强度，或减少手持振动工具的重量，以减轻肌肉负荷和静力紧张等；4）改革风动工具，改变排风口方向，工具固定；5）改革工作制度，专人专机，及时保养和维修；6）在地板及设备地基采取隔振措施（橡胶减振动层、软木减振动垫层、玻璃纤维毡减振垫层、复合式隔振装置）；7）合理发放个人防护用品，如防振保暖手套等；8）控制车间及作业地点温度，保持在１６摄氏度以上；9）建立合理劳动制度，坚持工间休息及定期轮换工作制度，以利各器官系统功能的恢复10）加强技术训练，减少作业中的静力作业成分；11）保健措施：坚持就业前体检，凡患有就业禁忌症者，不能从事该做作业；定期对工作人员进行体检，尽早发现受振动损伤的作业人员，采取适当预防措施及时治疗振动病患者。
碰撞防护措施在碰撞中，车辆一般都有安全带、安全气囊，安全气囊是防护人体的二次碰撞的，对人体的生命安全具有至关重要的作用。
在汽车碰撞的瞬间迅速的充气，保证人体头部撞击车辆方向盘及前挡风玻璃板，大大降低二次碰撞的冲击力，保证人身安全。
有的车辆加装了弹性保险杠，可以起到一次碰撞发生时进行弹性缓冲的作用。
还有的车辆采用了自刹避撞的装置。
前面提到的大部分都是对于正面碰撞的，但在实际碰撞中还常常发生侧面碰撞。
保护和减轻乘员在侧面碰撞中所受伤害，最根本的方法就是使作用在乘员身上的冲击力低于可以接受的生物力学极限，为此就必须把侧面碰撞中的变形效果和冲击力降到最低。
研究表明，要提高轿车抗侧面碰撞能力，不可能仅就某一局部的改进就可以大大降低乘员在侧面碰撞时所受到的冲击，而需要从多方面综合入手来提高汽车抗侧面碰撞能力[6]。
V olvo是世界上最早开展侧面安全性能研究的公司之一，其专利技术侧面碰撞保护系统(SIPS)堪称是最好的侧面保护技术，它对B柱作了专门的强化处理，具有优异的抗冲击性能。
B柱彼此之间通过5个高强度的横板连接成一体，当任何一个B柱受到碰撞的冲击时，它就会通过横板快速传到其他B柱上，使冲击力能向前、向后、向下快速扩散。
车门在侧面碰撞时也扮演着极为重要的角色，V olvo公司对车门采用角钢制成，碰撞时，可以防止车门侵入车舱内伤害到乘客。
车门通过特殊结构勾在B柱上，即使受到很大的碰撞力也不会脱落，这样B柱上的冲击力就可以有效地向前、向后、向下扩散开来。
底座采用激光焊接，具有很高的强度，与B柱一起可以提供最好的侧面保护。
总而言之，这些设计和结构特征能把侧面碰撞中挤入深度和挤入率降到最低，从而最大限度地降低乘客受伤的危险。
众所周知现今汽车安全防护装置的严重缺陷是：只在汽车前后安装了挡车的较厚钢板或较粗钢架，设置了部份“弱”结构，这种挡车的较厚钢板或较粗钢架和“弱”结构只能部份减少汽车碰撞中对司机、乘客和汽车主体机械结构的损伤，却丝毫不能减少在汽车将车前行人撞死或重伤的危险，更不能减少在汽车将车前行人撞倒后、车前行人被车轮压死或重伤的危险。
车内的安全带和安全气囊只能对司机、乘客起到一些缓冲作用，带来一些安全，却不能给车前行人带来任何安全所以。
以后关于碰撞的这方面的研究还将继续。
参考文献[1] 石慧麟. 城市轨道交通自动售检票系统设计[J] . 城市轨道交通研究, 2001( 2) : 61.[2] 冯娟, 赵时, 杨虎猛, 等. 城市轨道交通自动售检票系统状态监控技术研究[J] .城市轨道交通研究, 2006( 12) : 61.[3] 张宁, 王健, 房坚, 等. 南京城市公共交通一卡通行应用方案研究[J] .公路交通科技,2005, 22( 12) : 140.[4] 张鄂, 许林安, 刘中华, 等. 多自由度坐姿人体上体系统动力学建模与振动特性研究[ J].工程设计学报, 2008[5] 吴旭亭.人体体压分布测试与评价[M].北京：清华大学，1992.[6] 谭军，韩旭，刘鑫. 振动与冲击. 2011（2）：4~20.。