[發明專利]一種基于物理的人致荷載構建方法、系統及設備

在審

• 申請號: 202211230973.5
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115628868A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 何衛;孫業蒲;何珂文;崔航
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 萬文廣

1.一種基于物理的人致荷載構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：建立基于物理運動的人致荷載模型；

式中：f(t)為人致荷載的動力作用，G為人體靜體重，α∈{0,1}為邏輯函數，豎向荷載時取1，橫向荷載時取0；m為人體質量，人體靜止狀態下，質量和體重滿足關系G＝mg；為人運動過程中的質心加速度，R為質量參與系數；R的取值與人體運動方式及頻率相關，亦即對于同一運動方式和頻率，R的取值固定；

步驟2：在不考慮個體差異性的情況下，利用可穿戴傳感設備獲得質量參與系數R；

步驟3：考慮身高體型等因素，利用可穿戴傳感設備獲得質心加速度

步驟4：基于上述步驟，完成對荷載模型表達式中相關參數的標定，使其能夠直接應用于實際中。

2.根據權利要求1所述的基于物理的人致荷載構建方法，其特征在于，步驟2中所述質量參與系數R為：

式中：F_i為從測量的足底力，即人致荷載的動力作用f(t)中選取的具有代表性的n₁個值，a_j為從測量的質心加速度中選取的具有代表性的n₂個值，分別是選取的足底力、質心加速度的均值。

3.根據權利要求1所述的基于物理的人致荷載構建方法，其特征在于：步驟3中，根據人體的運動特點，人在運動時質心位移u(t)為：

u(t)＝u₁ sin(2πω₀t)；

其中，u₁為一階傅里葉級數的幅值，ω₀為bouncing運動的基本頻率；

bouncing運動中u₁為：

u₁＝(1-sinθ₁)l₁+(1-sinθ₂)l₂；

其中，l₁與l₂分別表示大腿與小腿的長度，θ₁表示bouncing運動過程中地面水平向前方向逆時針旋轉與大腿最大夾角，θ₂表示bouncing運動過程中地面水平向前方向逆時針旋轉與小腿最小夾角；

由此獲得質心的加速度為：

其中在質心位移u(t)的基礎上，求二階導數得到。

4.一種基于物理的人致荷載構建系統，包括以下模塊：

模塊1，用于建立基于物理運動的人致荷載模型；

式中：f(t)為人致荷載的動力作用，G為人體靜體重，α∈{0,1}為邏輯函數，豎向荷載時取1，橫向荷載時取0；m為人體質量，人體靜止狀態下，質量和體重滿足關系G＝mg；為人運動過程中的質心加速度，R的取值與人體運動方式及頻率有關，亦即，對于同一運動方式和頻率，R的取值固定；

模塊2，用于在不考慮個體差異性的情況下，利用可穿戴傳感設備獲得質量參與系數R；

模塊3，用于考慮身高體型等因素，利用可穿戴傳感設備獲得質心加速度

模塊4，用于基于上述模塊，完成對荷載模型表達式中相關參數的標定，使其能夠直接應用于實際中。

5.一種基于物理的人致荷載構建設備，其特征在于，包括：

一個或多個處理器；

存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執行時，使得所述一個或多個處理器實現如權利要求1至3中任一項所述的基于物理的人致荷載構建方法。