A proposed concept for determining the need for air conditioning for buildings based on building thermal response and human comfort /

Includes bibliographical references.

Interfacing Jack and anybody : towards anthropometric musculoskeletal digital human modeling

Virtual prototyping emerges as a new technology to replace existing physical prototypes for product evaluation, which are costly and time consuming to manufacture. Virtualization technology allows engineers and ergonomists to perform virtual builds and different ergonomic analyses on a product. Digital Human Modelling (DHM) software packages such as Siemens Jack, often integrate with CAD systems to provide a virtual environment which allows investigation of operator and product compatibility. Although the integration between DHM and CAD systems allows for the ergonomic analysis of anthropometric design, human musculoskeletal, multi-body modelling software packages such as the AnyBody Modelling System (AMS) are required to support physiologic design. They provide muscular force analysis, estimate human musculoskeletal strain and help address human comfort assessment. However, the independent characteristics of the modelling systems Jack and AMS constrain engineers and ergonomists in conducting a complete ergonomic analysis. AMS is a stand alone programming system without a capability to integrate into CAD environments. Jack is providing CAD integrated human-in-the-loop capability, but without considering musculoskeletal activity. Consequently, engineers and ergonomists need to perform many redundant tasks during product and process design. Besides, the existing biomechanical model in AMS uses a simplified estimation of body proportions, based on a segment mass ratio derived scaling approach. This is insufficient to represent user populations anthropometrically correct in AMS. In addition, sub-models are derived from different sources of morphologic data and are therefore anthropometrically inconsistent. Therefore, an interface between the biomechanical AMS and the virtual human model Jack was developed to integrate a musculoskeletal simulation with Jack posture modeling. This interface provides direct data exchange between the two man-models, based on a consistent data structure and common body model. The study assesses kinematic and biomechanical model characteristics of Jack and AMS, and defines an appropriate biomechanical model. The information content for interfacing the two systems is defined and a protocol is identified. The interface program is developed and implemented through Tcl and Jack-script(Python), and interacts with the AMS console application to operate AMS procedures.

Virtual Special Issue: “The impact of temperature on human health: new insights”

Ambient temperature is one of the basic parameters characterising human comfort: are we too hot, too cold, or just right? The impact of temperature goes beyond comfort: inadequate temperature and temperature variations have consequences on human health, as the increasing numbers of studies have demonstrated. The topic is of particular significance at the times when climate change shifts the traditional – as we know them- temperature zones, and brings much wider temperature variations. For these reasons the impact of temperature on health has been one of the most popular topics among the articles submitted and published in Science of the Total Environment over the last few years. This Virtual Special Issue compiles 18 articles published in our journal on this topic since 2012. It is worth briefly summarizing the rich scientific insights brought by these articles, as well as broader considerations, particularly those extending to management, discussed by the authors of the articles.

Monetary value drivers place on comfort in night driving. Final report.

Federal Highway Administration, Office of Research, Washington, D.C.

Comfort and convenience specifications for safety belts: shoulder belt fit, pressure and pullout forces. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

An examination of the comfort and convenience of 1979 safety belt systems. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Office of Driver and Pedestrian Research, Washington, D.C.

Evaluation of the comfort and convenience of safety belt systems in 1980 and 1981 model vehicles. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Office of Driver and Pedestrian Research, Washington, D.C.

The ECOS Project. An interactive simulation to promote an ECO-friendly universe.

Custom designed for display on the Cube Installation situated in the new Science and Engineering Centre (SEC) at QUT, the ECOS project is a playful interface that uses real-time weather data to simulate how a five-star energy building operates in climates all over the world. In collaboration with the SEC building managers, the ECOS Project incorporates energy consumption and generation data of the building into an interactive simulation, which is both engaging to users and highly informative, and which invites play and reflection on the roles of green buildings. ECOS focuses on the principle that humans can have both a positive and negative impact on ecosystems with both local and global consequence. The ECOS project draws on the practice of Eco-Visualisation, a term used to encapsulate the important merging of environmental data visualization with the philosophy of sustainability. Holmes (2007) uses the term Eco-Visualisation (EV) to refer to data visualisations that ‘display the real time consumption statistics of key environmental resources for the goal of promoting ecological literacy’. EVs are commonly artifacts of interaction design, information design, interface design and industrial design, but are informed by various intellectual disciplines that have shared interests in sustainability. As a result of surveying a number of projects, Pierce, Odom and Blevis (2008) outline strategies for designing and evaluating effective EVs, including ‘connecting behavior to material impacts of consumption, encouraging playful engagement and exploration with energy, raising public awareness and facilitating discussion, and stimulating critical reflection.’ Consequently, Froehlich (2010) and his colleagues also use the term ‘Eco-feedback technology’ to describe the same field. ‘Green IT’ is another variation which Tomlinson (2010) describes as a ‘field at the juncture of two trends… the growing concern over environmental issues’ and ‘the use of digital tools and techniques for manipulating information.’ The ECOS Project team is guided by these principles, but more importantly, propose an example for how these principles may be achieved. The ECOS Project presents a simplified interface to the very complex domain of thermodynamic and climate modeling. From a mathematical perspective, the simulation can be divided into two models, which interact and compete for balance – the comfort of ECOS’ virtual denizens and the ecological and environmental health of the virtual world. The comfort model is based on the study of psychometrics, and specifically those relating to human comfort. This provides baseline micro-climatic values for what constitutes a comfortable working environment within the QUT SEC buildings. The difference between the ambient outside temperature (as determined by polling the Google Weather API for live weather data) and the internal thermostat of the building (as set by the user) allows us to estimate the energy required to either heat or cool the building. Once the energy requirements can be ascertained, this is then balanced with the ability of the building to produce enough power from green energy sources (solar, wind and gas) to cover its energy requirements. Calculating the relative amount of energy produced by wind and solar can be done by, in the case of solar for example, considering the size of panel and the amount of solar radiation it is receiving at any given time, which in turn can be estimated based on the temperature and conditions returned by the live weather API. Some of these variables can be altered by the user, allowing them to attempt to optimize the health of the building. The variables that can be changed are the budget allocated to green energy sources such as the Solar Panels, Wind Generator and the Air conditioning to control the internal building temperature. These variables influence the energy input and output variables, modeled on the real energy usage statistics drawn from the SEC data provided by the building managers.

Influences of Structural Damping and Buoyancy-Weight Ratio on Dynamic Responses of Submerged Floating Tunnel

The recent progress of submerged floating tunnel (SFT) investigation and SFT prototype (SFTP) project in Qiandao Lake (Zhejiang Province, P.R. China) is the background of this research. Structural damping effect is brought into present computation model in terms of Rayleigh damping. Based on the FEM computational results of SFTPs as a function of buoyancy-weight ratio (BWR) under hydrodynamic loads, the effect of BWR on the dynamic response of SFT is illustrated. In addition, human comfort index is adopted to discuss the comfort status of the SFTP.

New applications that come from extending seismic networks into buildings

This thesis describes engineering applications that come from extending seismic networks into building structures. The proposed applications will benefit the data from the newly developed crowd-sourced seismic networks which are composed of low-cost accelerometers. An overview of the Community Seismic Network and the earthquake detection method are addressed. In the structural array components of crowd-sourced seismic networks, there may be instances in which a single seismometer is the only data source that is available from a building. A simple prismatic Timoshenko beam model with soil-structure interaction (SSI) is developed to approximate mode shapes of buildings using natural frequency ratios. A closed form solution with complete vibration modes is derived. In addition, a new method to rapidly estimate total displacement response of a building based on limited observational data, in some cases from a single seismometer, is presented. The total response of a building is modeled by the combination of the initial vibrating motion due to an upward traveling wave, and the subsequent motion as the low-frequency resonant mode response. Furthermore, the expected shaking intensities in tall buildings will be significantly different from that on the ground during earthquakes. Examples are included to estimate the characteristics of shaking that can be expected in mid-rise to high-rise buildings. Development of engineering applications (e.g., human comfort prediction and automated elevator control) for earthquake early warning system using probabilistic framework and statistical learning technique is addressed.

Análise dinâmica de plataformas de aço para produção de petróleo com base na consideração do efeito da interação solo-estrutura

Atualmente, as tendências competitivas do mercado mundial, têm forçado os engenheiros estruturais a desenvolver soluções de projeto que acarretem em menor peso e custo de execução. Uma consequência direta desta nova tendência de projeto é o aumento considerável de problemas relacionados a vibrações de piso indesejadas. Por esta razão, os sistemas estruturais de pisos podem tornar-se vulneráveis a vibrações excessivas, como por exemplo, aquelas induzidas por equipamentos mecânicos (máquinas rotativas). Deste modo, este trabalho objetiva investigar o comportamento dinâmico de uma plataforma de aço para produção de petróleo, localizada na bacia de Santos (campo de Merluza), São Paulo, Brasil. Para tal, investiga-se a influência das ações dinâmicas oriundas dos equipamentos mecânicos localizados sobre os decks metálicos da plataforma. A resposta dinâmica do modelo estrutural foi determinada através de um extenso estudo numérico, a partir da análise de suas frequências naturais, deslocamentos, velocidades e acelerações de pico. Nesta investigação, as cargas dinâmicas provenientes dos equipamentos mecânicos (máquinas rotativas) foram aplicadas sobre o piso metálico do sistema estrutural. Com base obtenção da resposta dinâmica da estrutura (deslocamentos, velocidades e acelerações), foi possível avaliar a performance do modelo estrutural em termos de critérios de conforto humano e das tolerâncias máximas referentes aos equipamentos mecânicos, de acordo com normas e recomendações de projeto.

Modelagem do comportamento dinâmico de passarelas tubulares em aço e mistas (aço-concreto)

A experiência dos engenheiros estruturais e os conhecimentos adquiridos pelo uso de materiais e novas tecnologias, têm ocasionado estruturas de aço e mistas (aço-concreto) de passarelas cada vez mais ousadas. Este fato tem gerado estruturas de passarelas esbeltas, e consequentemente, alterando os seus estados de limite de serviço e último associados ao seu projeto. Uma consequência direta desta tendência de projeto é o aumento considerável das vibrações das estruturas. Portanto, a presente investigação foi realizada com base em um modelo de carregamento mais realista, desenvolvido para incorporar os efeitos dinâmicos induzidos pela caminhada de pessoas. O modelo de carregamento considera a subida e a descida da massa efetiva do corpo em cada passo. A posição da carga dinâmica também foi alterada de acordo com a posição do pedestre sobre a estrutura e a função do tempo gerada, possui uma variação espacial e temporal. O efeito do calcanhar do pedestre também foi incorporado na análise. O modelo estrutural investigado baseia-se em uma passarela tubular (aço-concreto), medindo 82,5m. A estrutura é composta por três vãos (32,5 m, 20,0 m e 17,5 m, respectivamente) e dois balanços (7,5 m e 5,0 m, respectivamente). O sistema estrutural é constituído por perfis de aço tubular e uma laje de concreto, e é atualmente utilizada para travessia de pedestres. Esta investigação é realizada com base em resultados experimentais, relacionando a resposta dinâmica da passarela com as obtidas via modelos de elementos finitos. O modelo computacional proposto adota as técnicas de refinamento de malha, usualmente presente em simulações pelo método de elementos finitos. O modelo de elementos finitos foi desenvolvido e validado com resultados experimentais. Este modelo de passarela tubular permitiu uma avaliação dinâmica completa, investigando especialmente ao conforto humano e seus limites de utilização associados à vibração. A resposta dinâmica do sistema, em termos de acelerações de pico, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por diversos autores e padrões de projeto. As acelerações de pico encontradas na presente análise indicou que a passarela tubular investigada apresentou problemas relacionados com o conforto humano. Por isso, foi detectado que este tipo de estrutura pode atingir níveis de vibrações excessivas que podem comprometer o conforto do usuário na passarela e especialmente a sua segurança.

Modelagem do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado.

Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de lajes nervuradas de concreto armado em sistemas estruturais na engenharia civil que demonstrem viabilidade sob o ponto de vista técnico e econômico. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. Neste contexto, diversos tipos de sistemas estruturais de lajes nervuradas têm sido desenvolvidos. Assim sendo, o objetivo desta investigação é o de contribuir, no que tange ao estudo do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo da resposta dinâmica de lajes nervuradas de concreto armado, sob o ponto de vista de conforto humano, especialmente quando essas estruturas encontram-se submetidas a atividades humanas rítmicas. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados experimentais, que consideram grupos de indivíduos desenvolvendo atividades rítmicas correspondentes à ginástica aeróbica (atividade sincronizada). São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos ANSYS. No presente modelo computacional, as vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto armado são simuladas por elementos finitos de casca. Os resultados obtidos ao longo do estudo, em termos das acelerações de pico, são confrontados e comparados com os limites propostos por normas de projeto, sob o ponto de vista do conforto humano. Com base na análise dinâmica das lajes nervuradas investigadas foi possível verificar que as atividades humanas rítmicas podem vir a gerar valores de acelerações de pico elevados e que violam os critérios de conforto humano. Deste modo, foi observado que, as acelerações nos modelos estudados, podem atingir níveis elevados de vibração que comprometem o conforto dos usuários.

Análise da resposta dinâmica experimental de uma passarela tubular mista, aço-concreto, submetida ao caminhar humano.

Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de investigação experimental dinâmica sobre estrutura real de uma passarela tubular mista aço-concreto. O sistema estrutural objeto deste trabalho corresponde a uma passarela composta por três vãos (32,5m, 17,5m e 20,0m, respectivamente) e dois balanços (7,50m e 5,0m, respectivamente), com comprimento total de 82,5m. A passarela com estrutura contínua de aço com as ligações soldadas se apoia em quatro pórticos também de aço. Estruturalmente está constituída por duas treliças planas que se interligam através de contraventamentos horizontais fixados na corda superior e inferior da treliça e lajes de concreto, formando um sistema misto com interação completa. A estrutura está submetida correntemente à travessia de pedestres e ciclistas. Testes experimentais foram realizados sobre o sistema estrutural e confrontados com resultados numéricos. Para a modelagem numérica do sistema são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Os resultados experimentais são analisados de acordo com a metodologia desenvolvida, sendo realizada análise modal experimental para a determinação das propriedades dinâmicas: freqüências, modos e taxa de amortecimento, enquanto que os resultados da estrutura, em termos de aceleração de pico, são comparados com os valores limites propostos por diversos autores, normas e recomendações de projeto, para uma avaliação do desempenho da estrutura em relação a vibração quando solicitada pelo caminhar dos pedestres no que diz respeito a critério para conforto humano.

Análise da resposta dinâmica de passarelas de pedestres considerando-se uma modelagem probabilística do caminhar humano.

Passarelas de pedestres com arquitetura moderna, esbeltas e leves são uma constante nos dias atuais, apresentando grandes vãos e novos materiais. Este arrojo arquitetônico tem gerado inúmeros problemas de vibrações excessivas, especialmente sobre passarelas mistas (aço-concreto). As normas e recomendações de projeto consideram, ainda, que as forças induzidas pelo caminhar humano são determinísticas. Todavia, o caminhar humano e as respectivas forças dinâmicas geradas apresentam comportamento randômico. Deste modo, o presente trabalho de pesquisa objetiva contribuir com os projetistas estruturais, a partir do emprego de uma abordagem probabilística para avaliação do estado limite de utilização deste tipo de estrutura, associado a vibrações excessivas que podem vir a causar desconforto humano. Para tal, utiliza-se como modelo estrutural uma passarela de pedestres mista (aço-concreto) construída no campus do Instituto de Traumatologia e Ortopedia (INTO), na cidade do Rio de Janeiro. Com base na utilização dos métodos probabilísticos, torna-se possível determinar a probabilidade dos valores das acelerações de pico da estrutura ultrapassarem ou não os critérios de conforto humano estabelecidos em normas e recomendações de projeto. Os resultados apontam para o fato de que os valores das acelerações de pico calculadas com base exclusivamente nos métodos determinísticos podem ser superestimados em algumas situações de projeto.