Práce se věnuje kontaktním problémům biomechanických systémů modelovaných pomocí přístupu multibody. Příkladem je modelování nárazu lidského těla do infrastruktury.
Práce se nejprve věnuje algoritmům pro detekci kolize a pro výpočet minimalní
vzdálenosti. V práci je popsána analytická metoda využívající tečné roviny rovnoběžné s původní. Hertzův model, model pružina-tlumič a model s nelineárním tlumením jsou využity pro aproximaci kontaktní síly, generované srážkou těles. Dále je aplikován proces numerické optimalizace na příkladu skákajícího míčku. Rozdíl mezi krivkami simulace a experimentu je minimalizován za účelem nalezení řešení, které se bude nejlépe blížit danému experimentu. Výsledkem optimalizace jsou příslušné parametry všech třech modelů kontaktní síly. Pro odvození pohybové rovnice dvojkyvadla je využito Lagrangeových
rovnic druheho druhu. Vektor zobecněných sil zahrnuje sílu vzniklou v případě impaktu. Možné aplikace do oblasti biomechaniky, jako je pohyb horní končetiny a impaktor lidské nohy jsou ukázány za účelem motivace k dalšímu vývoji.
Annotation in English
The thesis concerns contact problem focused on biomechanical systems modelled by multibody
approach. The example is modelling impact between human body and infrastructure.
The work rstly presents algorithms for collision detection and for calculation of
minimum distance, respectively. In the thesis the analytical method using tangential plain
perpendicular to initial one is analysed. The Hertz, the spring-dashpot and the nonlinear
damping contact force models are applied in approximation of the contact force, generated
during the impact of bodies. Later on, numerical optimization method is put upon
bouncing ball example. The dierence between initial experiment and simulation curves
is desirable to be minimise. Purpose of optimization is to nd the most corresponding
results of simulation to an original experiment. As consequence of these, adequate parameters
of all the three contact force models are calculated. Derivation of double pendulum
equation of motion is performed using Lagrange equation of second kind. Generalized
force vector concerns the force, generated in case of impact performance scenario. Various
of possible biomechanics applications such as motion of arm and legform impactor
are developed for the purpose to motivate engineers for further studies.
Keywords
Dvojkyvadlo, multibody přístup, modely kontaktní síly, minimalní vzdálenost,
parametry kontaktní síly, aplikace v biomechanice
Keywords in English
Double pendulum, multibody approach, contact force models, minimum
distance problem, contact force parameters, biomechanics applications
Length of the covering note
76
Language
AN
Annotation
Práce se věnuje kontaktním problémům biomechanických systémů modelovaných pomocí přístupu multibody. Příkladem je modelování nárazu lidského těla do infrastruktury.
Práce se nejprve věnuje algoritmům pro detekci kolize a pro výpočet minimalní
vzdálenosti. V práci je popsána analytická metoda využívající tečné roviny rovnoběžné s původní. Hertzův model, model pružina-tlumič a model s nelineárním tlumením jsou využity pro aproximaci kontaktní síly, generované srážkou těles. Dále je aplikován proces numerické optimalizace na příkladu skákajícího míčku. Rozdíl mezi krivkami simulace a experimentu je minimalizován za účelem nalezení řešení, které se bude nejlépe blížit danému experimentu. Výsledkem optimalizace jsou příslušné parametry všech třech modelů kontaktní síly. Pro odvození pohybové rovnice dvojkyvadla je využito Lagrangeových
rovnic druheho druhu. Vektor zobecněných sil zahrnuje sílu vzniklou v případě impaktu. Možné aplikace do oblasti biomechaniky, jako je pohyb horní končetiny a impaktor lidské nohy jsou ukázány za účelem motivace k dalšímu vývoji.
Annotation in English
The thesis concerns contact problem focused on biomechanical systems modelled by multibody
approach. The example is modelling impact between human body and infrastructure.
The work rstly presents algorithms for collision detection and for calculation of
minimum distance, respectively. In the thesis the analytical method using tangential plain
perpendicular to initial one is analysed. The Hertz, the spring-dashpot and the nonlinear
damping contact force models are applied in approximation of the contact force, generated
during the impact of bodies. Later on, numerical optimization method is put upon
bouncing ball example. The dierence between initial experiment and simulation curves
is desirable to be minimise. Purpose of optimization is to nd the most corresponding
results of simulation to an original experiment. As consequence of these, adequate parameters
of all the three contact force models are calculated. Derivation of double pendulum
equation of motion is performed using Lagrange equation of second kind. Generalized
force vector concerns the force, generated in case of impact performance scenario. Various
of possible biomechanics applications such as motion of arm and legform impactor
are developed for the purpose to motivate engineers for further studies.
Keywords
Dvojkyvadlo, multibody přístup, modely kontaktní síly, minimalní vzdálenost,
parametry kontaktní síly, aplikace v biomechanice
Keywords in English
Double pendulum, multibody approach, contact force models, minimum
distance problem, contact force parameters, biomechanics applications
Research Plan
Rešerše literatury.
Model prostorového dvojkyvadla na bázi MBS.
Implementace vhodného modelu kontaktu těles v MBS.
Simulace pohybu modelu ve vhodném výpočetním prostředí.
Research Plan
Rešerše literatury.
Model prostorového dvojkyvadla na bázi MBS.
Implementace vhodného modelu kontaktu těles v MBS.
Simulace pohybu modelu ve vhodném výpočetním prostředí.
Recommended resources
Nikravesh, P. E.: Computer-Aided Analysis of Mechanical Systems. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1987.