סימולציה של Vibrations אדם הנגרם על סמך התנהגות הולכי רגל השדה המאופיין
Summary
פרוטוקול מוצג לגבי האפיון של התנהגות הולכי הרגל-שדה הסימולציה של התגובה המבנית שהתקבלה. שדה-בדיקות מראות כי באתרו המזוהה צעדת שיעור ושיעור סנכרון בין המשתתפים מהווים תשומה חיונית עבור הסימולציה והאימות של עומסי הנגרמת אדם.
Abstract
עבור דקים ומבנים קלים, שמישות רטט היא עניין של דאגה גוברת, לעתים קרובות המהווה את הדרישה לעיצוב הקריטית. עם עיצובים נשלטים על ידי הביצועים הדינמיים תחת עומסי אדם נגרם, דרישה חזקה קיימת עבור האימות והעידון של מודלי עומס זמינים כרגע. התרומה הנוכחית משתמשת בטכניקת הצעת מעקב 3D אינרציה לאפיון של התנהגות הולכי רגל השדה. הטכניקה נבחנת ראשונה בניסויי מעבדה עם רישום סימולטני של כוחות תגובת קרקע המקבילים. הניסויים כוללים אנשי הליכה וכן פעילות אנושית קצבית כמו קפיצות מתנפנפות. זה מוצג כי הבקשה הרשומה מאפשרת זיהוי של שיעור צעדת גרסת הזמן של הפעילות. יחד עם המשקל של האדם ואת היישום של מודלי כוח להכליל זמינים בספרות, זיהה את שיעור הצעדה-variant הזמן מאפשר להיחרךacterize עומסי הנגרמת אדם. בנוסף, סינכרון הזמן בין גששי התנועה האלחוטיים מאפשר זיהוי שיעור הסנכרון בין המשתתפים. בהמשך לכך, הטכניקה משמשת על גשר אמיתי שבו הן התנועה של אנשים ואת התנודות המבניות המושרות רשומות. הוא הראה כיצד התנהגות הולכי רגל השדה המאופיינת ניתן ליישם כדי לדמות את התגובה המבנית המושרית. זה הוכח כי באתרו המזוהה צעדת שיעור ושיעור סנכרון מהווים תשומה חיונית עבור הסימולציה והאימות של עומסי הנגרמת אדם. היישומים הפוטנציאליים העיקריים של המתודולוגיה המוצעת הם להערכת תופעות אינטראקציה אנושי מבנה ואת פיתוח המודלים מתאימים המתאם בין הולכי רגל בתנאי תנועה אמיתיים.
Introduction
מונע על ידי הביקוש של יעילות כלכלית ואת ההתעצמות (חדשים) חומרים, אדריכלים ומהנדסים מרחיבים את הגבולות לבנות אי פעם יותר, גבוהים יותר וקלים מבנים. בדרך כלל, אור ומבנים רזים יש אחד או יותר תדרים טבעיים המצויים בתוך הספקטרום הדומיננטי של פעילות אנושית נפוצה כגון הליכה, ריצה או קפיצה. צפוי להיות כפוף (הכמעט מוחלטת) עירור תהודה, לעתים קרובות הם מגיבים יתר על מידה כדי תנועה אנושית, וכתוצאה מכך תנודות מטרידות ואף מזיקה 1. עבור מבנים רזים וקלים משקל אלה, על שמישות הרטט היא עניין של דאגה גוברת, לעתים קרובות המהווה את הדרישה לעיצוב הקריטית.
התנועה האנושית ואת כוחות תגובת קרקע הגורם (GRFs) בדרך כלל מזוהים באופן ניסיוני בתנאי מעבדה. נכון לעכשיו, מעצבים נאלצים להסתמך על – מה הם הניחו להיות 'שמרניים' – l המקבילהמודלים oad, משודרג ממדידות כוח יחיד אדם. עם עיצובים נשלטים על ידי הביצועים הדינמיים תחת צפיפות גבוהה קהל, דרישה חזקה קיימת עבור האימות והעידון של מודלי העומס הזמינים כרגע.
הפרוטוקול הנוכחי מעסיק טכניקת הצעת מעקב 3D אינרציה לאפיון של התנועה הטבעית של הולכי רגל. הוא הראה כיצד מידע זה יכול לשמש כדי להגדיר את המתאם בין הולכי הרגל, כמו גם את עומסי מושרה המקבילים. בצעד בא, התנהגות הולכי הרגל המאופיינת משמשת כדי לדמות את התגובה המבנית המושרית מספרי. השוואה עם התגובה המבנית הרשומה מאפשרת לכמת את השפעת תופעות אינטראקציה אנושי מבנה נעדרות, למשל, הוסיפו דעיכה בשל נוכחותם של הולכי הרגל. המתודולוגיה מודגם עבור ניסויים בקנה מידה מלא על גשר אמיתי שבו התגובה המבנית את ההצעה של הנקובticipants רשום בו זמנית.
Protocol
Representative Results
Discussion
התנועה האנושית GRFs וכתוצאה מכך בדרך כלל מזוהות על ידי היישום של צלחות כוח, מאובזרת הליכונים וכן טכנולוגיית לכידה תנועה אופטית כגון Vicon 18 CODA 19. היישום של טכניקות אלו, לעומת זאת, מוגבל בסביבת המעבדה. בתשובת החסרון הזה, את הפוטנציאל של טכניקות חדשניות המאפשרות …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הניסויים המעורבים אנשי הליכה מבוצעים בשיתוף עם התנועה & יציבת ניתוח המעבדה Leuven (MALL) 25. שיתוף הפעולה והעזרה שלהם היא הודתה בהכרת תודה.
Materials
| MTw Development Kit + MT Manager Software | Xsens | MTW-38A70G20-1 | Development kit with wireless, highly accurate, small and lightweight 3D human motion trackers and accompanying click-in full body straps. |
| True Impulse Kinetic Measurement System + NDI Open Capture Data Acquisition and Visualization System | NDI Northern Digital Inc. | 791028 | TrueImpulse measures reaction forces exerted by humans during a wide variety of activities. |
| GMS-24 | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | (Wireless) accelerometers to register the structural vibrations. |
| GeoDAS GeoSIG Data Acquisition System | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | Graphical MS Windows application running under Windows 9x/NT/2000, providing a software interface between users and GeoSIG recorders GSR/GCR/GBV/GT. |
| PediVib toolbox | KU Leuven | / | Software interface/toolbox to simulate the structural vibrations induced by pedestrians. |
| Metronome | / | / | A device to indicate the targetted pacing rate of the activity (free applications are available online for pc/laptop/smartphone). |
References
- Bachmann, H., & Ammann, W. Bachmann vibrations in structures : induced by man and machines. IABSE-AIPC-IVBH (1987).
- Xsens Technologies B.V. MTw User Manual. at <https://www.xsens.com/download/usermanual/MTw_usermanual.pdf> (2013).
- Van Nimmen, K., Lombaert, G., Jonkers, I., De Roeck, G., & Van den Broeck, P. Characterisation of walking loads by 3D inertial motion tracking. J. Sound Vib. 333 (20), 1-15 (2013).
- Northern Digital Inc. TrueImpulse Kinetic Measurement System User Guide. (2013).
- Geosig Ltd. GeoSIG GMS 18-24 User Manual. at <http://www.geosig.com/productfile2.html?productid=10319> (2012).
- Racic, V., & Pavic, A. Mathematical model to generate near-periodic human jumping force signals. Mech. Syst. Signal Process. 24 (1), 138-152 (2010).
- The MathWorks Inc. MATLAB and Signal Processing Toolbox Release. (2014).
- Van Nimmen, K., & Van den Broeck, P. PediVib 1.0 – A MATLAB toolbox for the simulation of human-induced vibrations. KU Leuven. (2015).
- Li, Q., Fan, J., Nie, J., Li, Q., & Chen, Y. Crowd-induced random vibration of footbridge and vibration control using multiple tuned mass dampers. J. Sound Vib. 329 (19), 4068-4092 (2010).
- Van Nimmen, K. PhD Thesis. Numerical and experimental study of human-induced vibrations of footbridges. KU Leuven (2015).
- Middleton, C. PhD Thesis. Dynamic performance of high frequency floors. University of Sheffield (2009).
- Ingòlfsson, E. T., Georgakis, C. T., Ricciardelli, F., & Jönsson, J. Experimental identification of pedestrian-induced lateral forces on footbridges. J. Sound Vib. 330 (6), 1265-1284 (2011).
- Racic, V., & Brownjohn, J. M. W. Mathematical modelling of random narrow band lateral excitation of footbridges due to pedestrians walking. Comput. Struct. 90-91 (1), 116-130 (2012).
- Reynders, E., & Roeck, G. De Reference-based combined deterministic-stochastic subspace identification for experimental and operational modal analysis. Mech. Syst. Signal Process. 22 (3), 617-637 (2008).
- Bocian, M., Macdonald, J. H. G., & Burn, J. F. Biomechanically inspired modeling of pedestrian-induced vertical self-excited forces. J. Bridg. Eng. 18 (12), 1336-1346 (2013).
- Živanović, S., Pavić, A., & Ingòlfsson, E. T. Modeling spatially unrestricted pedestrian traffic on footbridges. Journal of Structural Engineering. 136 (10) 1296-1308 (2010).
- Agu, E., & Kasperski, M. Influence of the random dynamic parameters of the human body on the dynamic characteristics of the coupled system of structurecrowd. J. Sound Vib. 330 (3), 431-444 (2011).
- Vicon Motion Systems Product Manuals. (2012).
- CODAmotion Technical data sheet. (2012).
- Meichtry, A., Romkes, J., Gobelet, C., Brunner, R., & Müller, R. Criterion validity of 3D trunk accelerations to assess external work and power in able-bodied gait. Gait Posture. 25 (1), 25-32 (2007).
- Jung, Y., Jung, M., Lee, K., & Koo, S. Ground reaction force estimation using an insole-type pressure mat and joint kinematics during walking. J. Biomech. 47 (11), 2693-2699 (2014).
- Liedtke, C., Fokkenrood, S. A., Menger, J. T., van der Kooij, H., & Veltink, P. H. Evaluation of instrumented shoes for ambulatory assessment of ground reaction forces. Gait Posture. 26 (1), 39-47 (2007).
- Boutaayamou, M., Schwartz, C., et al. Validated extraction of gait events from 3D accelerometer recordings. 3D Imaging (IC3D), 2012 International Conference on., 6-9 (2012).
- Kavanagh, J. J., & Menz, H. B. Accelerometry: A technique for quantifying movement patterns during walking. Gait Posture. 28 (1), 1-15 (2008).
- Duysens, J.L., Jonkers, I., & Verschueren, S.L. MALL: Movement and posture Analysis Laboratory Leuven (Interdepartemental research laboratory at the Faculty of Kinisiology and Rehabilitation Sciences – KU Leuven). at <https://faber.kuleuven.be/MALL/mall.php> (2015).
