Objective: The purpose of this study was to analyze the impact acceleration, shock attenuation and biomechanical variables at various running speed. Method: 20 subjects (height: 176.15 ± 0.63 cm, weight: 70.95 ± 9.77 kg, age: 27.00 ± 4.65 yrs.) participated in this study. The subjects ran at four different speeds (2.5 m/s, 3.0 m/s, 3.5 m/s, 4.0 m/s). Three-dimensional accelerometers were attached to the distal tibia, sternum and head. Gait parameters, biomechanical variables (lower extremity joint angle, moment, power and ground reaction force) and acceleration variables (impact acceleration, shock attenuation) were calculated during the stance phase of the running. Repeated measures ANOVA was used with an alpha level of .05. Results: In gait parameters, decreased stance time, increasing stride length and stride frequency with increasing running speed. And at swing time 2.5 m/s and 4.0 m/s was decreased compared to 3.0 m/s and 3.5 m/s. Biomechanical variables statistically increased with increasing running speed except knee joint ROM, maximum ankle dorsiflexion moment, and maximum hip flexion moment. In acceleration variables as the running speed increased (2.5 m/s to 4.0 m/s), the impact acceleration on the distal tibia increased by more than twice, while the sternum and head increased by approximately 1.1 and 1.2 times, respectively. And shock attenuation (tibia to head) increased as the running speed increased. Conclusion: When running speed increases, the magnitude and increasing rate of sternum and head acceleration are lower compared to the proximal tibia, while shock attenuation increases. This suggests that limiting trunk movement and increasing lower limb movement effectively reduce impact from increased shock. However, to fully understand the body's mechanism for reducing shock, further studies are needed with accelerometers attached to more segments to examine their relationship with kinematic variables.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.17
no.1
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pp.62-70
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2012
This paper proposes a novel discomfort assessment method for truck ingress and egress motions based on the maximum-voluntary-contraction (MVC) ratios of muscles obtained by biomechanical analysis of human musculoskeletal models. In this study, a human motion to enter and exit a truck cabin with different types and heights of footsteps is first measured using an optical motion capture system and load sensors. Next, in a biomechanical analysis system, a human musculoskeletal model with contacting conditions on footsteps and handles is modeled, and then joint torques and muscles forces are calculated by inverse dynamics of the musculoskeletal model with the motion data. Finally, the MVC ratios for the muscles are calculated and their statistical values are used as the measure of discomfort. To ensure the feasibility of our method, subjective discomfort levels have been investigated through the participants' experiments and questionnaires and compared to the results of our method. Comparing to the existing methods based on joint angles or torques, our approach provide a more essential criterion for discomfort because it is based on the muscle contraction by which an active human motion is basically generated.
Woody breast (WB) is one of muscle myopathy found in chicken breast, characterized with enlarged size and extremely stiff texture. The WB condition is one of the most prevalent quality issues in the modern poultry industry. WB has been shown to be heritable, but no effective detection method of WB severity in live birds exists for the selection purpose. The objective of this study was to determine potential of a non-invasive, portable digital palpation device as WB detection method that can be used for the selection to estimate the heritability of WB. The physical and functional properties of WB was also investigated in comparison with normal breast (NB). Two hundred ten breast muscles were obtained from a local processing plant one day after harvest and sorted based on WB scoring (1 for NB and 2 and 3 for WB). The samples were subjected to physical and physicochemical analyses, determining biomechanical properties (muscle tone, stiffness, elasticity, relaxation, and creep), pH, color, cooking yield, and texture (firmness and compression energy were used for raw meat and shear force and energy for cooked meat). The least squares means of the following variables were significantly different between WB and NB (p < 0.01): stiffness (603.4 vs 565.8; N/m), and elasticity (1.40 vs 1.55). However, relaxation and creep were not significantly different (p > 0.05). These results collectively showed that biomechanical properties of WB differ from NB. The degree of muscle stiffness in WB can be considered as a trait to be selected. The WB score showed strong negative correlations with cooking yield (-0.77) and cooked L*(-0.74), which means that as the breast becomes harder, the cooking yield decreases, and the color becomes darker after cooking. The WB score showed high correlations with physical and functional characteristics and exhibited strong correlations with the biomechanical properties measured by the device. Therefore, the results indicated that the digital palpation device has potential to detect the WB severity (degree of stiffness) of breast muscle.
The primary objective of the research is to develop a mathematical method to incorporate the variability of anthropometric body dimensions and joint strengths of individuals in a biomechanical analysis. A multivariate normal simulation model estimated anthropometric body dimensions and joint strengths of the random link-person, based on the assumptions that the vari- ables of body dimensions and joint strengths are correlated and follow normal distributions. Statistical comparative analysis demonstrated that the random link-person represented a more realistic human-like form in an anthropometric sense than the proportional link-person whose body dimensions were estimated proportionally. Estimated joint strengths for the random link-person, however, did not match the measured joint strengths as closely as the estimated body dimensions. The random link-person will allow biomechanical analysis of manual materials handling tasks to be individualized with respect to the anthropometry and a static strength.
Typical biomechanical system such as human body and mammals possess abundant muscles which are more than required for motion generation of such systems. We have shown that the excess number of muscles play important roles in spring-like impedance modulation. redundant kinematic structure, which is another feature of biomechanical systems, allows modulations of inertia and damping properties of such systems. In this work, we propose a frequency modulation algorithm which combines the spring-like impedance with inertia impedance. also, a load distribution method for frequency modulation is also introduced. The frequency modulation represents a simulataneous control of force and kinematic redundancies, which has not been addressed in the literature.
Novel porous composite ceramic bone scaffolds composed of biodegradable PHBV(polyhydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) and TA(toothapatite) have been fabricated for bone tissue engineering by a modified solvent casting and particulate leach-ing method with salt-contained heat compression technique. The results of this study suggest that the PHBV-TA composite scaffold, especially the scaffold containing 30 weight$\%$ of TA may be a good candidate far bone tissue engineering of non-load bearing area in oral and maxillofacial region.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.9
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pp.126-134
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2008
Kendo is one of the popular sports in modem life. Head, wrist and thrust attack are the fast skill to get a score on a match. Human muscle skeletal model was developed for biomechanical study. The human model was consists with 19 bone-skeleton and 122 muscles. Muscle number of upper limb, trunk and lower limb part are 28, 60, 34 respectively. Bone was modeled with 3D beam element and muscle was modeled with spar element. For upper limb muscle modelling, rectus abdominis, trapezius, deltoideus, biceps brachii, triceps brachii muscle and other main muscles were considered. Lower limb muscle was modeled with gastrocenemius, gluteus maximus, gluteus medius and related muscles. The biomechanical stress and strain analysis of human muscle was conducted by proposed human bone-muscle finite element analysis model under head, wrist and thrust attack for kendo training.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.11
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pp.116-125
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2007
Human muscle skeletal model was developed for biomechanical study. The human model was consists with 19 bone-skeleton and 122 muscles. Muscle number of upper limb, trunk and lower limb part are 28, 60, 34 respectively. Bone was modeled with 3D beam element and muscle was modeled with spar element. For upper limb muscle modelling, rectus abdominis, trapezius, deltoideus, biceps brachii, triceps brachii muscle and other main muscles were considered. Lower limb muscle was modeled with gastrocenemius, gluteus maximus, gluteus medius and related muscles. The biomechanical stress and strain analysis of human was conducted by proposed finite element analysis model under Kumdo head hitting motion. In this study structural analysis has been performed in order to investigate the human body impact by Kumdo head hitting motion. As the results, the analytical displacement, stress and strain of human body are presented.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.28
no.3
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pp.63-71
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2014
A single-inverted-pendulum model is presented to simulate and predict the passive response of human balance control. This simplified biomechanical model was comprised of a torsional spring and damper, and a lump mass. An estimation of frequency response function was conducted to parameterize the complexity. The frequency domain identification method is used to identify the parameters of the model. The equivalent viscoelastic parameters of standing body were obtained and there was good conformity between the simulation and experimental result.
This paper represents the description of a complex mathematical model of biomechanical interaction for human-rifle system during shooting. The model is developed by finite element method using bar elements. And three typical shooting positions, i.e. standing, kneeling and prone are used. Characteristics of interior/exterior ballistics and behaviors of human-rifle system are evaluated by this model, which takes into account the influence of environment, bullet, powder, barrel geometry parameters and anthropological parameters. The results of this study can be applied to anthropology, biomechanics, medical science, gait analysis, interior ballistics and exterior ballistics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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