Моделирование Вибрации человека индуцированных На основе Характеризуется In-поле поведения пешеходов

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы использовать отслеживаемое движение пешеходов для характеристики антропогенных нагрузок и, впоследствии, для верификации индуцированных структурных вибраций. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области антропогенных вибраций, такие как характеристика индивидуального поведения при ходьбе, идентификация корреляции между пешеходами в толпе, а также количественная оценка явлений взаимодействия человека и структуры. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она может быть применена на месте и, таким образом, позволяет анализировать реальные условия дорожного движения.

Полевые наблюдения являются единственным способом получения подробной и точной информации о репрезентативных данных о нагрузке. Таким образом, они имеют важное значение для дальнейшей разработки и валидации моделей нагрузки, используемых для возбуждения пешеходов. Демонстрировать процедуру будут Клаус Ливенс, Синьсинь Вэй и Крумка Касапова, три аспиранта нашей исследовательской группы, а также Брэм Гезельс, академический ассистент.

Используйте беспроводные трекеры движения для регистрации движения пешеходов. Чтобы настроить датчики, используйте программное обеспечение MT Manager для установления беспроводного соединения. Укажите желаемую частоту дискретизации, которая должна быть не менее 60 Гц для захвата движения человека.

Затем совершайте медленные движения с помощью трекеров движения, пока они не будут подключены, а затем продолжите, активировав режим измерения. Далее отобразите инерциальные данные всех активных трекеров движения. Теперь прикрепите трекер движения как можно ближе к центру масс каждого участника.

Надежно закрепите трекер движения на участнике, чтобы он был плотно и надежно. Теперь данные могут быть записаны по мере необходимости. При проведении измерений в лаборатории движение человека может быть отслежено одновременно с наземными реактивными силами, измеренными с помощью силовой пластины.

Во-первых, используйте прилагаемое программное обеспечение для настройки силовой пластины и параметров сбора. Выберите коэффициент усиления и частоту дискретизации в соответствии с требуемой точностью и типом нагрузки. Для нагрузок, вызванных деятельностью человека, установите усиление для максимальной силы 4 879 ньютонов и установите частоту дискретизации на 200 герц.

Всегда начинайте и заканчивайте измерение с пустой силовой пластиной. Используйте функцию тары или автоматическую коррекцию смещения, чтобы сбросить усилие, когда пластина пуста. После тарирования данные могут быть записаны по мере необходимости.

При измерениях, выполняемых на месте, вибрации конструкции могут быть измерены в соответствующих местах, например, в середине пролета пешеходного моста. Для этого используйте регистраторы измерения перемещения, скорости или ускорения. Настройте регистраторы в соответствии с инструкциями производителя.

После размещения регистраторов в нужных местах выровняйте их в соответствии с глобальной системой отсчета. В лаборатории, после настройки трекеров движения и силовой пластины, запустите запись данных. Затем попросите участника встать на силовую пластину и постоять неподвижно не менее 30 секунд.

Таким образом, взвесьте участника. Затем запустите метроном, чтобы задать основную частоту воздействия. Затем попросите участника двигаться в темпе сигнала метронома, например, при ходьбе, прыжках или покачивании.

Записывайте эту активность в течение достаточного количества циклов, рекомендуется 60 циклов. Когда циклы закончатся, попросите участника слезть с тарелки. Для проведения экспериментов на объекте на гражданской структуре, представляющей интерес, установите трекеры движения и сеть датчиков, которые будут регистрировать вибрации конструкции.

На открытом воздухе мегафон может использоваться для усиления сигнала метронома. На месте повторите тест не менее трех раз, а лучше четырех раз, чтобы проверить повторяемость эксперимента. В любых условиях, когда используется несколько систем сбора данных и нет триггера или общего канала, синхронизируйте устройства с помощью одного события, которое может зарегистрировать каждая система, например сильного удара.

Добавьте события синхронизации в начало и конец каждого теста. На основе этих событий данные различных систем могут быть синхронизированы в автономном режиме. При выполнении динамических измерений с помощью более чем одного типа датчиков синхронизация данных имеет важное значение.

Поэтому мы пытаемся либо использовать единую систему сбора данных, либо чтобы системы записывали общий сигнал. Начните с определения времени между номинально идентичными событиями циклов нагружения. Для экспериментов в эталонной лаборатории выполните этот шаг как с данными о движении пешехода, так и с данными силовой пластины.

После загрузки данных укажите частоту дискретизации и оцените среднюю частоту загрузки. Кроме того, при необходимости укажите соответствующее временное окно. Наиболее важным этапом в этой процедуре является определение начала каждого цикла нагрузки с момента движения пешехода на гусеничном ходу.

Именно эта временная информация позволяет нам вычислить изменяющуюся во времени скорость шага пешехода. Для анализа экспериментов в лабораторных условиях исключите из анализа первый и последние пять циклов и работайте с оставшимися 50. Обязательно визуально проверьте информацию о времени перед сохранением данных.

Теперь вычислим среднюю фундаментальную частоту нагружения как обратную среднее время между последующими циклами нагрузки. Когда в движение вовлечено несколько пешеходов, идентифицированная временная информация может быть применена для анализа их корреляции. Для анализа экспериментов на месте следующим шагом является использование идентифицированной временной информации для моделирования индуцированной структурной реакции.

Во-первых, определим модальные параметры тестовой конструкции. К ним относятся собственные частоты, модальные коэффициенты демпфирования и нормализованные по массе модальные смещения. Обязательно визуально проверьте информацию о модальных вводах, прежде чем продолжить.

Во-вторых, определите характеристики пешеходов и индуцируемые ими нагрузки. К ним относятся тип груза, вес, траектория или местоположение ходьбы, средняя скорость шага и время циклов нагрузки. Укажите параметры решения, такие как места выхода, а также параметры времени.

Затем запустите и сохраните смоделированную реакцию конструкции для вовлеченных участников. Как и раньше, визуально проверьте результаты, прежде чем продолжить. В-третьих, вычислите общую структурную реакцию путем наложения отдельных реакций путем суммирования соответствующих векторов.

Затем сравните результат с измеренной структурной реакцией с графическим представлением данных. По одному пешеходу, протестированному в лаборатории, было определено начало каждого цикла нагрузки. Эти данные используются для моделирования сил ходьбы, показанных синим цветом, и сравнения с измеренными силами, показанными черным цветом.

Было получено хорошее приближение реальных сил ходьбы. Аналогичным образом было проанализировано поведение шести пешеходов при ходьбе по пешеходному мосту. Опять же, начало каждого цикла нагрузки определялось по отслеживаемому движению пешехода.

Эта информация о цикле нагрузки затем использовалась для моделирования сил, индуцированных пешеходами. Примерно через 16 секунд пешеходы шли в ногу, в то время как через 50 секунд наблюдалась значительная потеря синхронизации. Сравнивая время циклов нагрузки среди пешеходов, было обнаружено, что скорость синхронизации снижается до 60% примерно через 50 секунд.

Затем была смоделирована реакция конструкции. Когда скорость шага пешеходов была принята постоянной и идентичной сигналу метронома, показанному серым цветом, результат значительно превысил измерения, показанные черным цветом. Когда моделирование учитывало идентифицированную скорость темпа во времени, показанную синим цветом, она была явно ближе к измеренной реакции.

Эта процедура может быть применена для анализа естественного поведения пешеходов при ходьбе. Таким образом, обеспечивается существенный вклад в разработку подходящих моделей корреляции между пешеходами. Кроме того, сравнение измеренной и смоделированной реакции конструкции позволяет нам проверить и откалибровать модели нагрузки, используемые для возбуждения пешеходов.

Таким образом, можно также исследовать влияние явлений взаимодействия человека и конструкций, таких как дополнительное демпфирование.