A computer program for three dimensional dynamic analysis of a mount system composed of rigid or flexible bodies and mount elements is developed. Cartesian coordinates and Euler parameters are used to specify the positions and orientations of the bodies. The equations of motion are formulated using Langrange equation and Langrange multiplier technique. The developed program includes routine, for inclined mount elements, several kinds of driving constrains, and external forces. The Static equilibrium analysis routine is also developed using iterative method.
Background: Despite the fact that aquatic exercise is one of the most popular alternative treatment methods for children with cerebral palsy (CP), there are few research regarding its effectiveness. Objects: The purpose of this study was to examine the effects of aquatic exercise on upper extremity function and postural control during reaching in children with CP. Methods: Ten participants (eight males and two females; 4-10 years; Gross Motor Function Classification System levels II-IV) with spastic diplegia were recruited to this study. The aquatic exercise program consisted of four modified movements that were selected from the Halliwick 10-point program to enhance upper extremity and trunk movements. The participants attended treatment two times a week for 6 weeks, averaging 35 minutes each session. The Box and Block Test (BBT), transferring pennies in the Bruininks-Oseretsky Test (BOT), and pediatric reaching test (PRT) scores were used as clinical measures. Three-dimensional motion analysis system was used to collect and analyze kinematic data. Differences in BBT and BOT values among pre-treatment, post-treatment, and retention (after 3 weeks) were analyzed using a Friedman test. In addition, the PRT scores and variables (movement time, hand velocity, straightness ratio, and number of movement units) from the three-dimensional motion analysis were tested using a Wilcoxon signed-rank test. The significance level was established at p < 0.05. When the results appeared to be statistically significant, a post-hoc test for multiple comparisons was performed with the Wilcoxon signed-rank test. Results: All clinical measures, which included BBT, transferring pennies of BOT, and PRT, were significantly increased between pre-intervention and post-intervention scores and between pre-intervention and retention scores after treatment (p = 0.001). Three-dimensional motion analysis mostly were significantly improved after treatment (p = 0.001). Conclusion: Aquatic exercise may help to improve body function, activity, and participation in children with varying types of physical disabilities.
During the conceptual design of turboprop aircraft, the power effect driven from rotating propeller is typically obtained from empirical data. In the present paper, propeller power effect was obtained by using unsteady three-dimensional Navier-Stokes solver with $k-{\omega}$ turbulence model for the accurate prediction of turboprop aircraft performance. In order to simulate the relative motion between propeller and fuselage, unsteady sliding mesh method was used. During simulation, three flow conditions such as climb, cruise and descending flight were selected considering the flight envelop of the real turboprop aircraft. For the correction of aerodynamic coefficients, the thrust effect of engine exhaust gas was included based on the engine manufacturer's data. Using the computational results, the correction table for the aerodynamic coefficient of turboprop aircraft was suggested for the performance analysis of turboprop aircraft.
The time simulation of motion responses of dolphin-moored BMP in waves is presented. The equation of motion based on Cummin's theory of impulse responses are employed, and solved in time domain by using the Newmark $\beta$ method. The hydrodynamic coefficient and first order wave exciting forces involved in the equations are obtained from a three-dimensional panel method in the frequency domain. The second order wave drift forces and mooring for dolphin system are taken into account. As for numerical example, time domain analysis are carried out for a BMP in irregular wave condition.
Sarhosis, V.;Asteris, P.G.;Mohebkhah, A.;Xiao, J.;Wang, T.
Structural Engineering and Mechanics
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제60권4호
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pp.633-653
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2016
One of the major threats to the stability of classical columns and colonnades are earthquakes. The behavior of columns under high seismic excitation loads is non-linear and complex since rocking, wobbling and sliding failure modes can occur. Therefore, three dimensional simulation approaches are essential to investigate the in-plane and out-of-plane response of such structures during harmonic and seismic loading excitations. Using a software based on the Distinct Element Method (DEM) of analysis, a three dimensional numerical study has been performed to investigate the parameters affecting the seismic behaviour of colonnades' structural systems. A typical section of the two-storey colonnade of the Forum in Pompeii has been modelled and studied parametrically, in order to identify the main factors affecting the stability and to improve our understanding of the earthquake behaviour of such structures. The model is then used to compare the results between 2D and 3D simulations emphasizing the different response for the selected earthquake records. From the results analysis, it was found that the high-frequency motion requires large base acceleration amplitude to lead to the collapse of the colonnade in a shear-slip mode between the drums. However, low-frequency harmonic excitations are more prominent to cause structural collapse of the two-storey colonnade than the high-frequency ones with predominant rocking failure mode. Finally, the 2D analysis found to be unconservative since underestimates the displacement demands of the colonnade system when compared with the 3D analysis.
Objective: The purpose of this study was to determine the reliability of lower limb joint angles computed with the software ImageJ during jumping movements. Background: Kinematics is the study of bodies in motion without regard to the forces or torques that may produce the motion. The most common method for collecting motion data uses an imaging and motion-caption system to record the 2D or 3D coordinates of markers attached to a moving object, followed by manual or automatic digitizing software. Above all, passive optical motion capture systems (e.g. Vicon system) have been regarded as the gold standards for collecting motion data. On the other hand, ImageJ is used widely for an image analysis as free software, and can collect the 2D coordinates of markers. Although much research has been carried out into the utilizations of the ImageJ software, little is known about their reliability. Method: Seven healthy female students participated as the subject in this study. Seventeen reflective markers were attached on the right and left lower limbs to measure two and three-dimensional joint angular motions. Jump performance was recorded by ten-vicon camera systems (250Hz) and one digital video camera (240Hz). The joint angles of the ankle and knee joints were calculated using 2D (ImageJ) and 3D (Vicon-MX) motion data, respectively. Results: Pearson's correlation coefficients between the two methods were calculated, and significance tests were conducted (${\alpha}=1%$). Correlation coefficients between the two were over 0.98. In Vicon-MX and ImageJ, there is no systematic error by examination of the validity using the Bland-Altman method, and all data are in the 95% limits of agreement. Conclusion: In this study, correlation coefficients are generally high, and the regression line is near the identical line. Therefore, it is considered that motion analysis using ImageJ is a useful tool for evaluation of human movements in various research areas. Application: This result can be utilized as a practical tool to analyze human performance in various fields.
Purpose : The purpose of this study was to verify the relationships among the knee adduction moment, hip rotation range, strength of hip rotators, and Foot Posture Index of healthy young adults. Method : Thirty-two healthy adults(24 male, 8 females) participated in this study. Subjects performed 5 walking trials to evaluate the knee adduction moments using a three-dimensional motion analysis system. Hip rotation ranges and hip rotator strengths were measured using a standard goniometer and a handheld dynamometer, respectively. The mean of three trials of clinical tests was used for data analysis. Results : The first peak knee adduction moment was significantly correlated with the hip rotation ranges and hip rotator strengths (P<.05). The second peak knee adduction moment was showed significant correlations with hip external rotation and rotation ratio. There were no correlations between Foot Posture Index and all knee adduction moments (P>.05). Conclusion : This study suggests that imbalances of the range of motion and strength of the internal and external rotation of the hip joint can affect knee adduction moments. The impact may exacerbate musculoskeletal disorders such as osteoarthritis of the knee. Therefore, further studies should be conducted to evaluate the effects of clinical interventions to correct these imbalances on the reduction of the knee adduction moments in patients with knee osteoarthritis.
Dynamic behaviour of beam carrying masses has attracted attention of many researchers and engineers. Many studies on the analytical solution of beam with concentric tip mass have been published. However, there are limited works on vibration analysis of beam with an eccentric three dimensional object. In this case, bending and torsional deformations of beam are coupled due to the boundary conditions. Analytical solution of equations of motion of the system is complicated and lengthy. Therefore, in this study, Differential Transform Method (DTM) is applied to solve the relevant equations. First, the Timoshenko beam with 3D tip attachment whose centre of gravity is not coincident with beam end point is considered. The beam is assumed to undergo bending in two orthogonal planes and torsional deformation about beam axis. Using Hamilton's principle the equations of motion of the system along with the possible boundary conditions are derived. Later DTM is applied to obtain natural frequencies and mode shapes of the system. According to the relevant literature DTM has not been applied to such a system so far. Moreover, the problem is modelled by Ansys, the well-known finite element method, and impact test is applied to extract experimental modal data. Comparing DTM results with finite element and experimental results it is concluded that the proposed approach produces accurate results.
Many factors affect foot and ankle biomechanics during walking, including gait speed and anthropometric characteristics. However, speed has not been taken into account in foot kinematics and kinetics during walking. This study examined the effect of walking speed on foot joint motion and peak plantar pressure during the walking phase. Eighty healthy subjects (40 men, 40 women) were recruited. Maximal dorsiflexion and excursion were measured at the first metatarsophalangeal joints during walking phase at three different cadences (80, 100, and 120 step/min) using a three dimensional motion analysis system (CMS70P). At the same time, peak plantar pressure was investigated using pressure distribution platforms (MatScan system) under the hallux heads of the first, second, and third metatarsal bones and heel. Maximal dorsiflexion and excursion and excursion at the ankle joint decreased significantly with increasing walking speed. Peak plantar pressure increased significantly under the heads of the first of the first, second, and third metatarsal bones, and heel with increasing walking speed: three was no change under the hallux. There were no significant changes in maximal dorsiflexion or excursion at the first metatarsophalangeal joint. The results show that walking speed should be considered when comparing gait parameters. The results also suggest that slow walking speeds may decrease forefoot peak plantar pressure in patients with peripheral neuropathy who have a high risk of skin breakdown under the forefoot.
The hydrodynamic radiation forces acting on a ship travelling in waves have been conventionally treated by strip theories or by direct three dimensional approaches, most of which have been formulated in frequency domain. If the forward speed of a ship varies with time, or if its path is not a straight line, conventional frequency domain analysis can no more be used, and for these cases time domain analysis may be used. In this paper, formulations are made in time domain with applications to some problems the results of which are known in frequency domain. And the results of both domains are compared to show the characteristics and validity of time domain solutions. The radiation forces acting on a three dimensional body within the framework of a linear theory. If the linearity of entire system is assumed, radiation forces due to arbitrary ship motions can be expressed by the convolution integral of the arbitrary motion velocity and the so called impulse response function. Numerical calculations are done for some bodies of simple shapes and Series-60[$C_B=0.7$] ship model. For all cases, integral equation techniques with transient Green's function are used, and velocity or acceleration potentials are obtained as the solution of the integral equations. In liner systems, time domain solutions are related with frequency domain solutions by Fourier transform. Therefore time domain solutions are Fourier transformed by suitable relations and the results are compared with various frequency domain solutions, which show good agreements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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