محاكاة من الاهتزازات التي يسببها الإنسان استنادا إلى وتتميز في حقل السلوك للمشي
Summary
ويرد بروتوكول لتوصيف سلوك المشاة في الميدان ومحاكاة للاستجابة الهيكلية الناتجة عن ذلك. حقل التجارب تدل على أن في الموقع حددت سرعة معدل ومعدل التزامن بين المشاركين يشكل مدخلا أساسيا لمحاكاة والتحقق من الأحمال التي يتسبب فيها الإنسان.
Abstract
للرشاقة وهياكل خفيفة الوزن، للخدمة الاهتزاز هي مسألة قلق متزايد، وغالبا ما تشكل متطلبات التصميم الحاسم. مع تصاميم تحكمها الأداء الديناميكي تحت الأحمال الناتج عن أنشطة بشرية، وجود طلب قوي على التحقق وصقل النماذج الحمل المتاحة حاليا. تستخدم المساهمة الحالية تقنية تتبع الحركة بالقصور الذاتي 3D لتوصيف سلوك المشاة في الميدان. يتم اختبار هذه التقنية لأول مرة في التجارب المعملية مع تسجيل وقت واحد من قوة رد فعل الارض المقابلة. وتشمل التجارب الأشخاص المشي فضلا عن الأنشطة البشرية متوازن مثل القفز والتمايل. ويظهر أن الحركة مسجل تسمح لتحديد الوقت معدل متغير سرعة النشاط. جنبا إلى جنب مع وزن الشخص وتطبيق نماذج القوة المعمم المتاحة في الأدب، ومعدل سرعة تحديد الوقت البديل يسمح لشارacterize الأحمال الناتج عن أنشطة بشرية. وبالإضافة إلى ذلك، التزامن بين بتتبع حركة اللاسلكية يسمح تحديد معدل التزامن بين المشاركين. بعد ذلك، يتم استخدام هذه التقنية على جسر للمشاة الحقيقي حيث يتم تسجيل كل من حركة الأشخاص والاهتزازات الهيكلية التي يسببها. فإنه يظهر كيف يمكن تطبيق سلوك المشاة في الميدان تتميز لمحاكاة رد الهيكلية التي يسببها. وثبت أن في الموقع حددت سرعة معدل ومعدل تزامن تشكل مدخلا أساسيا لمحاكاة والتحقق من الأحمال التي يتسبب فيها الإنسان. التطبيقات الرئيسية المحتملة للمنهجية المقترحة هي تقدير للظواهر التفاعل بين التركيبة البشرية وتطوير نماذج مناسبة للعلاقة بين المارة في ظروف حركة المرور الحقيقية.
Introduction
وانطلاقا من الطلب الاقتصادي من الكفاءة وزيادة قوة دفع (جديد) مواد، والمهندسين المعماريين والمهندسين وحدود لبناء من أي وقت مضى لفترة أطول، هياكل أطول وأخف وزنا. عادة، وعلى ضوء الهياكل نحيلة واحد أو أكثر الترددات الطبيعية التي تقع داخل الطيف المهيمن للأنشطة الإنسانية المشتركة مثل المشي أو الركض أو القفز. من المرجح أن تكون خاضعة ل(القريب) الإثارة الرنانة، فإنها غالبا ما تكون الاستجابة على نحو غير ملائم لحركة الإنسان، مما أدى إلى 1 المزعجة أو حتى ضارة الاهتزازات. لهذه الهياكل نحيلة وخفيفة الوزن، وللخدمة الاهتزاز هي مسألة قلق متزايد، وغالبا ما تشكل متطلبات التصميم الحاسم.
وعادة ما يتم التعرف على حركة الإنسان والناتجة من قوة رد فعل الأرض (GRFs) تجريبيا في ظروف المختبر. حاليا، يضطر المصممين الاعتماد على – ما يفترض أن يكون "المحافظ" – ل أي ما يعادلنماذج OAD، نشرا من قياسات القوة من شخص واحد. مع تصاميم تحكمها الأداء الديناميكي تحت كثافة الحشد عالية، وجود طلب قوي على التحقق وصقل النماذج الحمل المتاحة حاليا.
هذا البروتوكول يستخدم تقنية تتبع الحركة بالقصور الذاتي 3D لتوصيف الحركة الطبيعية للمشاة. فإنه يظهر كيف يمكن استخدام هذه المعلومات لتحديد العلاقة بين المشاة وكذلك الأحمال الناجمة عن المقابلة. في خطوة لاحقة، ويستخدم سلوك المشاة تتميز لمحاكاة عدديا الاستجابة الهيكلية التي يسببها. مقارنة مع الاستجابة الهيكلية المسجلة تسمح لقياس تأثير الظواهر التفاعل بين التركيبة البشرية في عداد المفقودين، على سبيل المثال، وأضاف التخميد بسبب وجود المشاة. ويتضح منهجية للتجارب واسعة النطاق على جسر المشاة الحقيقي حيث الاستجابة الهيكلية وحركة المساواةيتم تسجيل ticipants في وقت واحد.
Protocol
Representative Results
Discussion
وعادة ما يتم التعرف على حركة الإنسان والناتجة GRFs من تطبيق لوحات القوة، المجهزة المطاحن وكذلك البصرية الحركة تكنولوجيا التقاط مثل VICON 18 و CODA 19. تطبيق هذه التقنيات هو، ومع ذلك، يقتصر على بيئة معملية. في الإجابة على هذا العيب، وإمكانات التقنيات المبتكرة التي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يتم تنفيذ التجارب التي تنطوي على الأفراد المشي بالتعاون مع الحركة والموقف تحليل مختبر لوفين (MALL) 25. واعترف بامتنان تعاونهم ودعمهم.
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).
