刘荣梅

(南京航空航天大学航空学院，南京210016)

扁担，作为一种传统而简单的搬运货物的工具，即使在今天，仍然在许多农村和交通不便的地方，特别是田间地头，发挥着重要的作用。一根看似简单的扁担，包含了悬臂梁、等强度梁、固有频率、强迫振动、振动耦合等若干力学概念。张义同等[1]通过对扁担的力学行为的研究，揭示了扁担优良的传递载荷的性能。尤明庆[2]研究了人行走时肩部垂直激励和水平激励引起的重物振动，当扁担-重物系统的固有频率大于人行走的频率时，可以使移步时肩部载荷小于重物。邱信明[3]从扁担负重的静力学特点、挑担行走过程的受迫振动以及扁担的结构形状和材料等方面分析了扁担是否省力的问题。许宇宁等[4]建立了具有躯干的扁担负重模型，分析了相关参数对负重行走腰部力矩的影响。人挑担行走时，肩部承受的铅垂载荷由静载荷(即重物重力)和铅垂附加动载荷组成，扁担的主要作用就是产生周期性变化的铅垂附加动载荷，当铅垂附加动载荷的峰谷处于移步阶段、峰顶处于双腿支撑阶段且铅垂附加动载荷达到一定值时，有利于人的行走，反之则不利于人的行走。

本文首先建立了扁担挑物的动力学模型，得到了扁担挑物的动力学方程，分析了人挑担行走时肩部的运动。通过数值计算，给出了重物类似于单摆的振动频率、挑运者的步行频率和扁担-重物系统铅垂方向的振动频率三者……