A two-dimensional biomechanical model was developed in order to calculated the lower extremity kinematics and kinetics during level walking. This model consists of three segments : the thigh, calf, and foot. Each segment was assumed to be a rigid body ; its motion to be planar in the sagittal plane. Five young males were involved in the gait experiment and their anthropometric data were measured for the calculation of segmental masses and moments of inertial. Six markers were used to obtain the kinematic data of the right lower extremity for at least three trials of walking at 1.0m/s, and simultaneously a Kistler force plate was used to obtain the foot-floor reaction data. Based on the experimental data acquired for the stance phase of the right foot, calculated vertical joint forces reached up to 0.91, 1.05, and 1.11 BW(body weight) at the hip, the knee, the ankle joints, respectively. The flexion-extension moments reached up to 69.7, 52.3, and 98.8 Nm in magnitude at the corresponding three joints. It was found that the calculated joint loadings of a subject were statistically the same for all his three trials, but not the same for all five subjects involved in the gait study.
Wedged soles and rocker soles are widespread shoe designs used to prevent the disorders and reduce the pain of the lower extremity caused by arthritis or diabetic feet. In this study, the effect of a shoe with a laterally wedged sole and a rocker sole simultaneously was analyzed on the kinematics and kinetics of the ankle joint during normal walking. Eight male participants without a history of lower extremity disorders were recruited. Each participant performed twenty walking cycles for each of three walking conditions: bare foot, wearing normal shoes and wearing shoes with laterally wedged rocker soles. The differences between the three walking conditions were statistically investigated including spatio-temporal variables, angular displacements, joint moments and ground reaction forces. The results showed that the laterally wedged rocker sole decreased the sagittal variation of angular displacements as well as the frontal/sagittal average moment on the ankle joints compared to the flat sole. In addition, the rate of angular displacements and loading decreased during the heel contact phase.
Zhon, Z.;Gohar, Y.;Talamo, A.;Cao, Y.;Bolshinsky, I.;Pepelyshev, Yu N.;Vinogradov, Alexander
Nuclear Engineering and Technology
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제50권7호
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pp.1051-1059
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2018
Fast periodic pulsed reactor is a type of reactor in which the fission bursts are formed entirely with external reactivity modulation with a specified time periodicity. This type of reactors could generate much larger intensity of neutron beams for experimental use, compared with the steady state reactors. In the design of fast periodic pulsed reactors, the time dependent simulation of the power pulse is majorly based on a point kinetic model, which is known to have limitations. A more accurate calculation method is desired for the design analyses of fast periodic pulsed reactors. Monte Carlo computer code MCNP6 is used for this task due to its three dimensional transport capability with a continuous energy library. Some new routines were added to simulate the rotation of the movable reflector parts in the time dependent calculation. Fast periodic pulsed reactor IBR-2M was utilized to validate the new routines. This reactor is periodically in prompt supercritical state, which lasts for ${\sim}400{\mu}s$, during the equilibrium state. This generates long neutron fission chains, which requires tremendously large amount of computation time during Monte Carlo simulations. Russian Roulette was applied for these very long neutron chains in MCNP6 calculation, combined with other approaches to improve the efficiency of the simulations. In the power pulse of the IBR-2M at equilibrium state, there is some discrepancy between the experimental measurements and the calculated results using the point kinetics model. MCNP6 results matches better the experimental measurements, which shows the merit of using MCNP6 calculation relative to the point kinetics model.
The purpose of this study was to evaluate the gender differences on gait pattern and the kinetics on lower extremities according to the different gait speed. Ten collegiate male students (age : $23.80{\pm}2.94$ yrs, height : $179.40{\pm}5.04$ cm, weight : $66.57{\pm}5.64$ kg) and ten female students (age : $23.40{\pm}2.91$ yrs, height : $166.06{\pm}5.61$ cm, weight : $53.76{\pm}2.75$ kg) participated in this study. To investigate the role, the ratio of the use, and the effectiveness of each joint during gait, we examined the joint work and the contribution to total work. The results of this study were as follows: First, gait pattern was not differ between male and female, hip joint ROM increased with the increase of gait speed both male and female. Second, the eccentric work of the ankle joint decreased with the increase of the gait speed both male and female, on the other hand increased on the knee joint. Third, in the result of the contribution to total eccentric work, male in both the two gait speed was the biggest on the hips joint. However, female in normal gait speed was the greatest on the ankle joint, was the most on the knee joint in the fast gait speed. Forth, the concentric work on the ankle and hip joint increased with the increase of gait speed both male and female. Fifth, in the result of the contribution to total concentric work, there is no difference in the male both the two gait speed, however decreased in the female on the knee joint with the increase of the gait speed, on the other hand increased on the ankle joint.
Objective: The purpose of this study was to understand the injury mechanism and to provide quantitative data to use in prevention or posture correction training by conducting kinematic and kinetic analyses of risk factors of lower extremity joint injury depending on the change of direction at different angles after a landing motion. Method: This study included 11 men in their twenties (age: $24.6{\pm}1.7years$, height: $176.6{\pm}4.4cm$, weight: $71.3{\pm}8.0kg$) who were right-leg dominant. By using seven infrared cameras (Oqus 300, Qualisys, Sweden), one force platform (AMTI, USA), and an accelerometer (Noraxon, USA), single-leg drop landing was performed at a height of 30 cm. The joint range of motion (ROM) of the lower extremity, peak joint moment, peak joint power, peak vertical ground reaction force (GRF), and peak vertical acceleration were measured. For statistical analysis, one-way repeated-measures analysis of variance was conducted at a significance level of ${\alpha}$ <.05. Results: Ankle and knee joint ROM in the sagittal plane significantly differed, respectively (F = 3.145, p = .024; F = 14.183, p = .000), depending on the change of direction. However, no significant differences were observed in the ROM of ankle and knee joint in the transverse plane. Significant differences in peak joint moment were also observed but no statistically significant differences were found in negative joint power between the conditions. Peak vertical GRF was high in landing (LAD) and after landing, left $45^{\circ}$ cutting (LLC), with a significant difference (F = 9.363, p = .000). The peak vertical acceleration was relatively high in LAD and LLC compared with other conditions, but the difference was not significant. Conclusion: We conclude that moving in the left direction may expose athletes to greater injury risk in terms of joint kinetics than moving in the right direction. However, further investigation of joint injury mechanisms in sports would be required to confirm these findings.
It is well known that the geometry of the articular surface has a major role in determining the position of articular contact and the lines of action for the contact forces. The contact force calculation of the knee joint under the effect of sliding and rolling is one of the most challenging issues in this field. We present a 3-D human knee joint model including sliding and rolling motions and major ligaments to calculate the lateral and medial condyle contact forces from the recovered total internal reaction force using inverse dynamic contact modeling and the Least-Square method. As results, it is believed that the patella, muscles and tendon affect a lot for the internal reaction forces at the initial heel contact stage. With increasing flexion angles during gait, the decreasing contact area is progressively shifted to the posterior direction on the tibia plateau. In addition, the medial side contact force is larger than the lateral side contact force in the knee joint during normal human walking. The total internal forces of the knee joint are reasonable compared to previous studies.
The purpose of this study was to investigate lower-limb joint torque of the two groups as it changed by somatosensory stimulation during the descent down three stairs of different heights and to describe the difference between the two groups, which are young people group and elderly people group. Subjects of each groups climbed down a stair at four stimulation conditions, which are non-stimulation, tibialis anterior tendon stimulation, achilles tendon stimulation, tibialis anterior - achilles tendon stimulation. Motion capture data were collected using 3D optoelectric motion tracking system that utilizes active infrared LEDs, near infrared sensor and force plate. The obtained motion capture data was used to build 3D computer simulation model. The results show that lower-limb joint torque of the two groups changed with somatosensory stimulation as they descended the stairs and the joint torque of the two groups differed from each other.
In this study, lower extremity joint kinematics and kinetics and lumbar lordosis were investigated for two different symmetrical lifting techniques(squat and stoop) using the three-dimensional motion analysis. Twenty-six male volunteers lifted boxes weighing 5, 10 and 15kg by both squat and stoop lifting techniques. There were not significant differences in maximum lumbar joint moments between the two techniques. The hip and ankle contributed the most part of the support moments during squat lifting, and the knee flexion moment played an important role in stoop lifting. The hip, ankle and lumbar joints generated power and only the khee joint absorbed power in the squat lifting. The knee and ankle joints absorbed power, the hip and lumbar joints generated power in the stoop lifting. The bi-articular antagonist muscles' co-contraction around the knee joint during the squat lifting and the eccentric co-contraction of the gastrocnemius and semitendinosus were found to be important for straightening up during the stoop lifting. At the time of lordotic curvature appearance in the squat lifting, there were significant correlations in all three lower extremity joint moments with the lumbar joint. Differently, only the hip moment had significant correlation with the lumbar joint in the stoop lifting. In conclusion, the knee extension which is prominent kinematics during the squat tilling was produced by the contributions of the kinetic factors from the hip and ankle joints(extensor moment and power generation) and the lumbar extension which is prominent kinematics during the stoop lifting could be produced by the contributions of the knee joint kinetic factors(flexor moment, power absorption, bi-articular muscle function).
보행 분석은 다양한 지형에서 수행되고 있으나 지형이 변화되는 시점에서의 보행 분석 연구는 보고된 바 없다. 본 연구의 목적은 삼각경사 보행 시 지형이 변화되는 시점에서 발목 및 무릎 관절의 운동학과 운동역학을 평지 보행과 비교 분석하는 것이다. 3차원 동작분석 시스템과 지면 반력기를 사용하여 성인 남성 18명의 하지 운동학 및 운동역학 자료를 획득하였다. 삼각경사 보행에서 최대 발목 배측굴곡각 및 모멘트와 최대 무릎 신전 모멘트가 평지보행과 비교하였을 때 증가하였다(p<0.05). 삼각경사의 상승경사 보행 시 $50^{\circ}$가 넘는 무릎 굽힘각과 그 시기에 발생하는 큰 무릎 신전 모멘트는 슬개대퇴증후군의 위험을 높일 수 있을 것으로 보인다. 또한 삼각경사의 하강경사 보행에서 증가된 발목 배측굴곡 운동범위는 비복근과 아킬레스건 부상 위험을 높일 수 있을 것으로 보인다.
The purpose of this study was to investigate changes in kinetic and kinematic variables associated with an increase in upper body weight. Eighteen healthy male university students($175.96{\pm}4.19\;cm$, $70.79{\pm}8.26\;kg$) participated. Eight motion analysis cameras(Qualysis Oqus 500) and 2 force AMTI platforms(Advanced Mechanical Technologies Inc. OR6-7, US) were used to record motion and forces during the drop landing at a frequency of 120 Hz and 1200 Hz, respectively. QTM software(Qualisys Track Manager) was used to record the data, and the variables were analyzed with Visual 3D and Matlab 2009. For the drop landing, a box of $4{\times}2{\times}0.46\;m$ was constructed from wood. Knee and ankle maximum flexion angle, knee flexion angle, knee and ankle angle at landing, time for maximum ankle flexion after landing, and time for maximum knee flexion after landing were calculated. There was a significant change in the time for maximum and minimum ground force reaction and the time for maximum dorsal flexion after landing(p<.05) with increasing weight. There was no significant change for the hip, knee, and ankle ROM, whereas there was an increase in the angle ROM as the weight increased, in the order of ankle, knee, and hip ROM. This result shows that the ankle joint ROM increased with increasing weight for shock attenuation during the drop landing. There was a trend for greater ankle ROM than knee ROM, but there was no clear change in the ROM of the hip joint with increasing weight. In conclusion, this study shows the importance of ankle joint flexibility and strength for safe drop landing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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