Kontaktní úloha prostorového dvojkyvadla

Jan ŠPIČKA

Master's thesis

Double pendulum contact problem

Abstract:

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.

Abstract:

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 k rivkami 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 druh eho 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.

Keywords

Dvojkyvadlo, multibody přístup, modely kontaktní síly, minimalní vzdálenost, parametry kontaktní síly, aplikace v biomechanice

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 5. 2013

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 25. 6. 2013
• Supervisor: Ing. Luděk Hynčík, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Mechanics