检索结果-南通市图书馆

作者：罗一语广州大学

学位级别：硕士

有机染料,诸如结晶紫、孔雀石绿和罗丹明6G等,因其独特的色彩特性,在食品、环境、生物研究及加工工业等领域得到了广泛应用。然而,这些染料分子的不合规使用会造成食物中毒和环境污染等危害,因此需要开发快速有效的传感技术来监测其含量... 详细信息

有机染料,诸如结晶紫、孔雀石绿和罗丹明6G等,因其独特的色彩特性,在食品、环境、生物研究及加工工业等领域得到了广泛应用。然而,这些染料分子的不合规使用会造成食物中毒和环境污染等危害,因此需要开发快速有效的传感技术来监测其含量,以确保染料分子的安全使用,保护人们的身体健康。传统的检测方法通常需要复杂的预处理过程或依赖大型昂贵仪器,它们虽然可以提供样品中染料分子的准确分析结果,但由于其工作原理和设备结构的限制,很难给出快速实时的检测结果。本论文提出了一种基于二硫化钼场效应晶体管（MoS2 FET）光电传感技术的经济、直接、快速的染料分子检测方法。该传感方法不仅具备高灵敏度和稳定性,且能检测较低浓度的目标物质,可用于实时发现和监测环境中的有机染料分子含量,为生态环境保护和人类可持续发展提供有效的监测与控制手段。本工作分为以下三个部分展开研究:首先,本研究通过机械剥离法成功制备出关键材料——少层二硫化钼,用于传感器的构建。利用金相显微系统、拉曼光谱和原子力显微镜等手段对二硫化钼的成分和厚度等信息进行了表征与分析。通过激光直写和真空热蒸镀等工艺制备了MoS2 FET器件。借助半导体特征分析仪结合探针台的电学测试方法,对器件的传感性能进行了评估。结果表明,本研究成功制备出了具有高灵敏度和环境稳定性的MoS2 FET传感器,其载流子迁移率达到了69 cm2 V-1 s-1,开关比达10-4。接着,利用MoS2 FET对结晶紫、孔雀石绿和罗丹明6G这三类常见的有机染料分子进行传感分析。通过开尔文探针显微镜和荧光发射光谱等技术分析了不同染料分子与二硫化钼之间的相互作用机制,表明了p型或n型的掺杂机理。利用电学测试系统评估了MoS2 FET对不同浓度染料分子的电信号响应,实现了对水环境中染料分子的检测。结果表明,该传感器对结晶紫、孔雀石绿和罗丹明6G分子的检出限分别达到了10-10 M,10-9 M,10-9 M。为了进一步优化MoS2 FET传感器的性能,本研究还深入探究了其针对上述三种染料分子的光电传感方法。根据染料分子光吸收带宽的变化,通过引入不同波长的照明光源,并结合半导体特征分析仪、探针台以及紫外等相关技术,实现了MoS2 FET对有机染料分子的光电传感,并达到了超低检出限。实验结果显示,在不同波长的照明源下,MoS2 FET对结晶紫、孔雀石绿和罗丹明6G分子检出限分别低至10-11 M、10-12 M和10-10 M。此外,还利用特定波长的光（635 nm）实现了对这三种染料分子的定性分析。本论文展示了基于二维材料场效应晶体管的MoS2 FET传感方法在水环境中检测有机染料分子的潜力,为环境污染物的实时监测提供了一种简单、灵敏且经济高效的解决方案。

关键词：染料分子检测二硫化钼场效应晶体管

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多功能柔性力学传感器测试系统设计

多功能柔性力学传感器测试系统设计

作者：李聪广州大学

学位级别：硕士

随着AI技术、现代5G通信、电子与材料加工技术的蓬勃发展,越来越多的可穿戴式产品开始走进人们的日常生活中。柔性压力传感器是可穿戴式产品关键构成器件,其具有易共形、高灵敏、快响应等特点。柔性压力传感器的性能是否优异主要通过性... 详细信息

随着AI技术、现代5G通信、电子与材料加工技术的蓬勃发展,越来越多的可穿戴式产品开始走进人们的日常生活中。柔性压力传感器是可穿戴式产品关键构成器件,其具有易共形、高灵敏、快响应等特点。柔性压力传感器的性能是否优异主要通过性能参数来衡量,包括灵敏度、检测范围、响应时间、稳定性及检测限等。且能够应用于人体皮肤表面信号检测的柔性压力传感器件应满足轻、薄、可弯折、可拉伸等要求,同时在产生弯折或拉伸形变时、以及在多次物理形变之后,能够保持其力学检测的灵敏度。因此在柔性传感器件的研发和测试过程中,需对其力学检测的灵敏度、稳定性、线性范围、响应时间等参数进行测试。综上所述,柔性压力传感器的性能测试需要制作一款能够在逐步施加压力或者拉力,使传感器产生可控形变的同时能够同步测量和记录所施加压力或者拉力的大小以及传感器输出电学信号,并且可以多次重复进行测试的仪器系统。针对柔性压力传感器性能测试需求本课题开发了一款多功能柔性力学传感器测试系统,该系统可同时对力学参数和电学参数进行测量显示、并且可以多次重复对待测器件进行测试。本多功能测试系统以模块化的方式进行设计,主要分为机械结构、硬件电路和软件功能三个部分。机械结构部分主要是对系统的运动部件、传感器夹持机构等进行设计,以此构成系统机械主体;硬件电路部分主要对主控芯片和逻辑芯片的选型设计,以此确定了整个系统的主控核心。然后对电源模块、电机驱动模块、数据采集模块、通信模块这五大模块进行硬件电路设计;软件功能分为上位机应用软件设计和下位机驱动软件设计,前者负责系统控制指令的发送与数据可视化显示,后者负责机械系统的运动控制以及实现数据采集和传输。在完成多功能测试系统分模块的设计后,进行测试平台的组装工作对系统功能和性能进行测试。结果表明系统各项功能能够满足设计要求,精确度和稳定性符合实际测试需求。

关键词：柔性压力传感器多功能测试模块化力学测试电学测试

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人与结构相互作用体系中的多刚体人体模型

人与结构相互作用体系中的多刚体人体模型

作者：李永甫武汉理工大学

学位级别：硕士

现代建筑结构随材料科学的进步,结构辅助设计软件的使用,朝着轻量化、低频化的方向发展,造成结构的基频同结构上人体运动的频率相近,产生结构共振问题。人-结构作用体系中,双足行走模型相较于荷载模型可更好地模拟人体和结构之间相互作... 详细信息

现代建筑结构随材料科学的进步,结构辅助设计软件的使用,朝着轻量化、低频化的方向发展,造成结构的基频同结构上人体运动的频率相近,产生结构共振问题。人-结构作用体系中,双足行走模型相较于荷载模型可更好地模拟人体和结构之间相互作用关系。本文从人体下肢行走轨迹出发,建立四刚体双足行走模型,模拟人体行走时下肢姿态在单个周期内的运动过程,完成人-结构相互作用的仿真。本文主要研究内容如下:(1)对人体行走步态进行分析,指出人体行走行为可简化为平面内周期运动。根据人体下肢的行走机制,简化人体为四刚体模型,利用拉格朗日动力学方法建立模型行走单足摆动状态的运动方程。通过分析人体行走时步态参数,确定了模型物理量取值范围。(2)研究了基于欠驱动动力系统的人体行走仿真的方法。通过对人体行走的轨迹进行规划,并迭代求解其在单个周期内的初始与终止状态,使得人体行走的规划轨迹满足一定的约束条件。采用反馈线性化控制方法,将人体模型动力自由度与规划轨迹间误差作为输出量,通过PD控制实现了无扰动情况下模型对规划轨迹的稳定控制。(3)对多刚体模型稳定行走时的仿真结果进行了可行性验证。在一个行走周期内对人体下肢的旋转角度进行了对比,证实多刚体模型能反映人体的基本运动特征;同时对比了竖向接触力荷载,证明了多刚体模型能够较好地反映人体运动过程中的受力特点。对模型物理参数的不确定性进行分析,对竖向扰动情况下人体模型行走的稳定性进行分析。结果显示,存在外界扰动的情况下,模型仍可完成周期性地稳定行走。(4)建立水平地震作用下,人体与框架结构相互作用的整体动力方程。分析了结构在单个人体、人群以及是否存在地震作用这四类工况下人体、结构的动力响应。结果显示在水平地震作用不变的情况下,随着人体数量增加,结构动力响应变大。模型行走行为受到结构动力响应大小的影响,在相同规划轨迹情况下,结构动力响应较小时,人体模型能保持稳定行走;当结构动力响应变大,模型行走步频发生变化,模型与规划轨迹间误差变大,反馈线性化控制方法控制效果减弱。

关键词：多刚体人体模型人行激励双足行走人体-结构相互作用

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基于电化学法制备碳量子点系统设计

基于电化学法制备碳量子点系统设计

作者：虞恭鹏广州大学

学位级别：硕士

碳量子点是一种尺寸在1～10 nm之间的碳纳米材料,具有良好的水溶性、低毒性、生物相容性和稳定光学性质,已经成为纳米材料研究领域重要的一部分。其广泛应用于生物传感器、药物载体、离子检测及信息防伪等方面,充分说明了碳量子点具有... 详细信息

碳量子点是一种尺寸在1～10 nm之间的碳纳米材料,具有良好的水溶性、低毒性、生物相容性和稳定光学性质,已经成为纳米材料研究领域重要的一部分。其广泛应用于生物传感器、药物载体、离子检测及信息防伪等方面,充分说明了碳量子点具有十分重要的应用价值。据报道碳量子点的制备方法包括电弧放电法、激光烧蚀法、微波法及水热法等,然而现阶段制备技术中存在操作复杂、制备效率低、成本高、产生杂质多,甚至环境污染等问题。针对以上问题,需开发一种经济、绿色、操作简单的碳量子点制备系统,本文提出了一种基于电化学法自动化制备的系统。首先,通过对碳量子点的制备技术和设备现状的概述,展开对设计方案的可行性和需求分析,确定了采用碳棒作为阳极、阴极,纯水作为电解液的电化学法为基本制备方法。该制备系统主要包括机械结构、硬件电路及软件部分三个方面。首先,在机械结构方面,为确保碳棒夹持稳定设计弹性卡扣进行固定,完成了反应池、固定结构、搅拌机构及底座的装置设计,同时引入外部冷凝装置控制反应池溶液的温度,并分别介绍了各零部件的配合要求、功能作用。其次,硬件电路的主控模块选用STM32F407VET6微控制器,搭建了电源模块、传感器模块、电机驱动器模块、通信模块及蜂鸣器模块,此外,电流采集模块设计是基于AD8208差分放大器实现采集8个通道碳棒电流,并完成PCB设计,根据系统需求完成对关键硬件的选型,并以此为基础设计了制备系统的电路接线图。然后,在软件部分,利用Lab VIEW完成了电流采集部分的上位机软件设计,包括界面设计和通信协议应用设计。同时在Keil Vision5开发环境下完成了反应池液位的自动化控制程序和其他硬件程序设计,并选用PC端作为上位机实现数据处理的控制方案。最后,在完成碳量子点制备系统的设计后进行装置和辅助零部件搭建,通过测试验证了制备系统的自动化性能,并使用该制备系统在不同电压下制备出水溶性、分散性和荧光性质较好的碳量子点,实现了安全稳定、绿色环保、成本低、效率高的碳量子点自动化制备目标,为推动碳量子点的规模化制备提供参考。

关键词：碳量子点电化学法制备系统装置设计

基于蓝牙的可穿戴汗液多参数电化学传感器监测系统的研制

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基于蓝牙的可穿戴汗液多参数电化学传感器监测系统的研制

作者：刘罡广州大学

学位级别：硕士

针对运动中汗液检测领域对检测系统可穿戴,高精度,长时间检测的需求,设计并制作了一种多参数、可穿戴的无线电化学检测系统。此系统的硬件电路部分以微功耗放大器ADA4505-2为核心构成微型恒电位仪电路和开路电位采集电路,低噪声24位Σ-... 详细信息

针对运动中汗液检测领域对检测系统可穿戴,高精度,长时间检测的需求,设计并制作了一种多参数、可穿戴的无线电化学检测系统。此系统的硬件电路部分以微功耗放大器ADA4505-2为核心构成微型恒电位仪电路和开路电位采集电路,低噪声24位Σ-Δ型模数转换器(ADC)AD7124-4作为转换电路,双通道、12位模数转换器(DAC)AD5623为基准电压源和控制电位发生器件,低功耗蓝牙(BLE)芯片CC2640R2F作为主控制器,采用ADP1711AUJZ-3.3-R7和TPS79933DDCT芯片分别作为前端模拟电路和转换电路和主控制器电路供电。采用370m Ah锂电池供电时,可连续工作5小时以上,满足监测时长需要,系统具有三个通道电位和两个通道电流的同步检测能力,可同时实现最多5种不同物质的浓度监测,为了验证系统可靠性和精度,通过外部信号源分别进行了电位监测和电流监测能力测试,测试结果表明,电压分辨率达到1μV,电流分辨率达到1nA。改进后的柔性监测装置可监测6种不同汗液电解质的浓度监测,监测系统整体可佩戴于腕部、腿部、头部等位置。本文基于电化学基本原理,设计制作了玻碳电极和基于丝网印刷技术的柔性ISE传感器,用于验证监测装置监测多参数汗液物质的可行性。分别采用离子选择性电极进行钾离子浓度梯度测试和电流型传感器进行尿酸浓度梯度测试,并将测试结果与实验室台式电化学分析仪器相比对,验证了此监测系统对汗液物质浓度的变化的检测能力;应用自制的基于PET材料的柔性ISE传感器结合本系统对多通道人造汗液离子的浓度变化以及人体运动过程中汗液里pH的变化进行实时监测,实验结果满足预期要求,验证了本系统实际监测应用的可行性。本论文基于Android Studio开发了与硬件电路通信的智能移动设备应用程序,可实现蓝牙连接、断开、数据传输,数据显示、图像显示以及数据保存等多个功能,实现了多个通道数据的实时监测,以散点图的形式直观的呈现采集的数据。综上所述,本研究提供的适用于运动场景下的多参数汗液监测装置,可实时监测人体在运动状态下汗液物质浓度变化,从而对运动员在训练时监测生理负荷有较好的应用前景。

关键词：汗液监测电化学传感器柔性印刷技术穿戴式设备低功耗蓝牙监测

基于窄带物联网的土壤离子浓度检测装置及远程监控系统

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基于窄带物联网的土壤离子浓度检测装置及远程监控系统

作者：张硕广州大学

学位级别：硕士

在智慧农业的土壤监测领域,温度、湿度和水分传感器已被广泛应用。然而,对土壤中更多参数的研究和检测将为智慧农业提供更丰富的多源数据信息。钾、钙、钠、镁等无机离子是植物生长发育中所需的基本营养元素,其在植物生长发育中参与光... 详细信息

在智慧农业的土壤监测领域,温度、湿度和水分传感器已被广泛应用。然而,对土壤中更多参数的研究和检测将为智慧农业提供更丰富的多源数据信息。钾、钙、钠、镁等无机离子是植物生长发育中所需的基本营养元素,其在植物生长发育中参与光合作用、渗透压调节、韧皮部运输等过程。根据这些营养元素的浓度,可以为土壤状态管理和科学施肥等提供更多元化的决策依据。为满足智慧农业中对土壤离子浓度检测的需求,需开发出可实现多通道、多元离子、实时分析的传感检测系统。本课题提出一种将离子选择性电极与窄带物联网技术(NBIoT)相结合的嵌入式系统,该系统基于“感知层—数据传输层—应用层”三层物联网架构。在感知层中,本设计采用了基于碳纳米管作为固接层的全固态离子选择性电极作为前端传感器,使用STM32L4系列低功耗主控及高精度模拟-数字转换器AD7124搭建离子浓度检测及数据处理传感终端,此外,本设计采用太阳能电池及锂离子电池协同供电策略保障设备长时可靠运行,并在该终端中使用嵌入式实时操作系统LiteOS以及规划了软件代码逻辑,以提高系统的实时性及稳定性。使用NB-IoT模块BC35-G及将数据连接至云端数据中心的Co AP物联网通信协议作为系统的数据传输层。对于应用层的设计,本课题构建了集离子浓度实时检测、数据上传并存储至云端、数据处理及数据可视化等多种功能于一体的层级结构。华为云IoTDA负责解码并实时获取终端设备的数据流,通过OBS存储实现数据云端长时保存,利用云端数据流转功能在DLV数据可视化平台实时显示土壤离子浓度检测数据,并通过开发安卓APP及微信小程序进一步增强系统的多移动端同步能力。最终实现了涵盖数据感知、无线传输及应用终端等功能的多通道土壤离子浓度传感系统。本课题所设计的NB-IoT土壤离子浓度传感终端设备不仅具备离子浓度数据感知功能,而且在大规模部署时,结合边缘计算技术能够在设备边缘侧实现更智能化的终端设备管理。同时,将多传感数据融合技术整合至边缘服务器,进一步提升传感器的测量精度。因此,当NB-IoT土壤离子浓度传感终端设备与不同技术相互碰撞时,将为土壤离子浓度检测及智慧农业领域提供智能高效的解决方案。

关键词：离子选择性电极窄带物联网物联网云平台 LiteOS 土壤离子浓度检测

LDHs修饰棉布的制备及其对NSAIDs的固相微萃取应用研究

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LDHs修饰棉布的制备及其对NSAIDs的固相微萃取应用研究

作者：黄琳广州大学

学位级别：硕士

非甾体抗炎药(Nonsteroidal anti-inflammatory drugs)是一类普遍使用于治疗人体关节炎、皮肤过敏、消热消肿以及缓解术后情况下的疼痛与炎症的药物,它的治疗作用主要体现为抗炎、镇痛或解热三大方面。这类药物多数为非处方药,购买途径... 详细信息

非甾体抗炎药(Nonsteroidal anti-inflammatory drugs)是一类普遍使用于治疗人体关节炎、皮肤过敏、消热消肿以及缓解术后情况下的疼痛与炎症的药物,它的治疗作用主要体现为抗炎、镇痛或解热三大方面。这类药物多数为非处方药,购买途径多样。由于人类和动物对NSAIDs的滥用,部分药物及其未代谢物会以尿液和粪便形式直接排入环境水样中。一些研究表明,环境水样中已经存在大量的NSAIDs,该药物在环境中长期累积会造成水生生物死亡,破坏生态系统平衡,影响人与动物的健康。然而,传统的废水处理过程中,因这类药物的亲水性和稳定性等物化性质,往往不能够被完全去除。因此,开发一种简单快速、高效可行的NSAIDs检测技术具有重要意义。固相微萃取(Solid phase microextraction)作为预富集环境样品中微量分析物的有效技术手段,具有易于操作、溶剂消耗少、使用成本低和可与多种检测技术联用等优势,适用于环境样品中微量NSAIDs的预处理。为了提高样品预处理的富集效果,减少基体效应,需要寻找一种成本低廉,且吸附性能良好的萃取材料作为SPME的固定相。棉布作为吸附材料具有形状可调性、高孔隙率和低成本等优点,但其对NSAIDs的分离富集效果并不理想,可以通过改性方式的来改变棉布的表面性质,从而提高其对环境水样中NSAIDs的分离富集能力。层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxides)是由带正电荷的金属氢氧化物与层间填充可交换的阴离子所构成的层柱状化合物,可作为一种新型SPME材料,通过强的静电吸附作用进行阴离子交换,捕获样品中的阴离子。本文从构筑高性能的SPME固定相出发,制备了LDHs修饰的棉布复合材料,用于样品前处理技术,分析其对NSAIDs的萃取性能,并结合高效液相色谱(HPLC)对NSAIDs进行高灵敏的检测,该方法也被成功地用于实际环境水样中NSAIDs的测定,具体内容如下:(1)通过在聚多巴胺修饰棉布上原位生长的方式,成功制备了褶皱状镍钴层状双金属氢氧化物修饰棉布的复合材料(Co Ni-LDH@PDC)。Co Ni-LDH的皱褶形态,显著提高了复合材料的阴离子交换速率和吸附能力。将2×3 cm改性的棉布装入枪头中,用于酮基布洛芬、芬布芬、布洛芬三种NSAIDs的同时提取和富集,并结合HPLC进行高灵敏分析。详细研究了进样速度、样品p H、样品体积、洗脱液类型和浓度等SPME过程的影响因素。在优化的提取条件下,三种NSAIDs的检出限分别为0.075、0.18和0.17μg·L,线性范围分别为0.20～3000、0.50～200和0.50～3000μg·L。NSAIDs在自来水、饮用水实际水样中的加标回收率分别为77.3%～92.4%和82.6%～95.6%。此外,所构筑的SPME柱具有高稳定性,在30天萃取和解吸实验,萃取效率无明显损失。(2)以硝酸镍、硝酸铝和尿素为前驱体,通过一步水解法在多巴胺层修饰棉布表面原位生长,成功制备了Ni Al-LDHs修饰的棉布复合材料。该复合材料的片状结构,有效地增加了复合材料的比表面积,提高了其阴离子交换能力。将制备复合材料装入枪头,基于SPME-HPLC技术对酮基布洛芬、芬布芬、布洛芬三种NSAIDs进行萃取和分析。在最优的实验条件下,该材料表现出较强的吸附能力,最大吸附容量达到212 mg·g;三种NSAIDs经构筑的复合材料萃取柱富集后色谱响应显著增高,检测线性范围为0.2～5000μg·L,相关系数均在0.998以上,检出限为0.10～0.20μg·L,表明该方法线性范围宽、灵敏度高。此外,该复合材料在使用十次后仍具有较高的萃取效率,重复使用性良好。为今后建立高效简易、重现性良好的环境水样中痕量NSAIDs的提取分析方法开辟了新途径。

关键词：非甾体抗炎药固相微萃取层状双金属氢氧化物吸附棉布

基于多刚体人体模型的人与结构体系地震反应分析

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基于多刚体人体模型的人与结构体系地震反应分析

作者：方荆风武汉理工大学

学位级别：硕士

随着国内外学者对人与结构相互作用模型和相互作用机理研究的深入,结构上的人不能单纯的作为附加质量考虑已经成为共识,而我国的现行抗震设计规范仅将人致荷载作为活荷载的一部分,对人与结构之间的相互作用考虑不够充分,这样可能会低估... 详细信息

随着国内外学者对人与结构相互作用模型和相互作用机理研究的深入,结构上的人不能单纯的作为附加质量考虑已经成为共识,而我国的现行抗震设计规范仅将人致荷载作为活荷载的一部分,对人与结构之间的相互作用考虑不够充分,这样可能会低估结构的地震响应。并且现有的人与结构相互作用模型的研究对象多是单人与桥梁或楼盖等大跨结构,缺少对于人群和其他类型结构相互作用的研究。本文基于四刚体人体模型,建立能够用于分析人群与结构相互作用的人群模型,以此模型研究人群与结构相互作用对结构地震响应的影响。本文的主要研究内容如下:(1)优化现有的人体行走过程仿真模型。通过将人体简化为四连杆机构和分析人体行走过程,建立人体行走过程的动力学模型,并把摆动腿与地面的碰撞方程引入到步态规划过程中,简化人体行走轨迹迭代求解的过程。将四刚体人体模型单个行走周期内的地面接触力和傅里叶级数形式的单人步行荷载模型进行对比,验证了改进后的四刚体人体行走模型的可行性。(2)建立可用于分析人群-结构相互作用的人群模型。以人群密度为人群模型的核心参数,将人群的随机性描述为人群密度对人流速度、步频均值和同步率的影响,再根据人群中每个人的质量、步频和相位的分布规律,运用Monte-Carlo法得到每个人的质量、步频和相位。基于四刚体人体行走模型,实现对人群中每一个人的运动过程的模拟,并从人群荷载的角度验证模型的可行性。(3)分析人群-结构相互作用对人群荷载和结构动力响应的影响。基于本文建立的人群模型,将人群与结构的相互作用看作是人群中每一个人与结构接触力的改变,以框架结构为研究对象,建立人群-结构相互作用模型。并用此模型研究了结构振动对人群荷载的影响和考虑人与结构相互作用对结构动力响应的影响。(4)研究人群与结构相互作用和人群聚集引起的结构偏心对结构地震响应的影响。以五层框架结构教学楼为研究对象,计算在不同工况下,结构的最大层间位移角,并对结果进行分析。结果表明:考虑人群与结构的相互作用和人群聚集引起的结构偏心将增大结构的地震响应。

关键词：四刚体人体模型随机人群模型人群-结构相互作用结构地震响应