Ein Ziel bei Arbeitsschutz als auch bei der Entwicklung von Geräten und Maschinen ist es, die Gefährdung durch den Einfluss von Ganzkörperschwingungen als auch den dabei entstehenden Diskomfort zu minimieren. Speziell beim Betrieb von Bau- und Nutzfahrzeugen können hierdurch bedenkliche Belastungen erreicht werden, welche letztlich sogar degenerative Veränderungen der Bandscheiben zur Folge haben und somit zu verhindern sind. Da die messtechnische Erfassung relevanter interner Größen, wie z.B. Drücke in den Bandscheiben, nur stark eingeschränkt durchführbar ist, müssen Alternativen zur Untersuchung und Bewertung eingesetzt werden. Einen zeitsparenden und zuverlässigen Ansatz bietet die numerische Simulation mittels der Finiten Elemente Methode. Der Beitrag beschäftigt sich mit dem Aufbau des Modells, der Definition der nichtlinearen Eigenschaften und der Modellabstimmung über vorhandene Messdaten. Die Validierung erfolgt für die statischen Eigenschaften lokal für einzelne Segmente, sowie global für die komplette HWS. Zielgrößen sind dabei der "Range of Motion" sowie das Aufrechterhalten der Position des Kopfes unter Gravitation. Der dynamische Abgleich wird über die Eigenfrequenzen und Eigenformen sowie das Übertragungsverhalten durchgeführt. Zwischen dem Modell und dem real gemessenen Verhalten konnte eine gute Korrelation erreicht werden. Aus diesem Grund werden abschließend exemplarische Anregungsszenarien auf deren Auswirkung im HWS-Bereich untersucht.
An aim in occupational safety and especially in the field of the development of devices and machines is to decrease the impact caused by the exposure to whole body vibrations (wbv) and to help increase the comfort during such exposure. Especially during the operation of commercial and construction vehicles critical stresses and strains can be reached, which in the end can result in degenerative changes in the structure and behavior of the intervertebral discs or in the surrounding tissue, causing pain or restricted mobility. Since relevant internal values like pressures or stresses in the vertebral discs can be measured to a very limited extent only alternatives for the investigation and evaluation must be applied. The numerical simulation by means of the Finite-Element-Method is a time-saving and reliable approach. This paper shows the design of the model, the definition of the nonlinear properties and the model adaptation by means of existing measuring data. The validation of the static properties for the individual segments is local, followed by a global validation for the whole cervical spine. Here the command variables are the "Range of Motion" and maintaining the position of the head under gravity. The dynamic validation is done via the natural frequencies, eigenmodes and the transfer behavior. Model and real measured behavior show a good correlation. As a result, exemplarily excitation scenarios are investigated with respect to their impact in the cervical spine.
Ein numerisches Modell der menschlichen Halswirbelsäule zur Untersuchung interner Belastungen aufgrund von Ganzkörperschwingungen
A numerical model of the human cervical spine for investigation of internal stresses and strains caused by whole body vibrations
VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung, VDI-Tagung Humanschwingungen - Human Vibrations, 5 ; 233-246
VDI-Berichte ; 2190
2013
14 Seiten, 12 Bilder, 3 Tabellen, 12 Quellen
Conference paper
German
Ein numerisches Modell zur Untersuchung von Reifen-Fahrbahn-Gerauschen
British Library Conference Proceedings | 2007
|Ganzkörperschwingungen in Flugzeugen der zivilen Luftfahrt
Tema Archive | 1994
|HENRY – Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW) | 2022
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