The dynamic walking and the inverse dynamics of the biped walking robot is investigated in this paper. The biped robot is modeled with 14 degrees of freedom rigid bodies considering the walking pattern and kinematic construction of humanoid. The method of the computer aided multibody dynamics is applied to the dynamic analysis. The equations of motion of biped are initially represented as terms of the Cartesian coordinates, then they are converted to the minimum number of equations of motion in terms of the joint coordinates using the velocity transformation matrix. For the consideration of the relationships between the ground and foot, the holonomic constraints are added or deleted on the equations of motion. The number of these constraints can be changed by types of walking pattern with three modes. In order for the dynamic walking to be stabilizable, optimized trunk positions are iteratively determined by satisfying the system ZMP(Zero Moment Point) and ground conditions.
This study is aimed at formulating an empirical equation for the across-wind fluctuating moment and spectral density coefficient, which are needed to estimate the across-wind dynamic responses of tall buildings, as a function of the side ratios of buildings. In order to estimate an empirical formula, wind tunnel tests were conducted on aero-elastic models of the rectangular prisms with various aspect and side ratios in turbulent boundary layer flows. In this paper, criteria for the across-wind fluctuating moment and spectral density are briefly discussed and the results are analyzed mainly as a function of the side ratios of the buildings. Finally, empirical formulas for the across-wind fluctuating moment coefficient and spectral density coefficient according to variation of the aspect ratio are proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.12
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pp.3149-3158
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1994
In this paper, using the formulation of dynamic equivalent load considering the effects of moment load and the equation to estimate the cage rotational speed, the new life equation of deep groove ball bearing under radial and moment loads was proposed. Fatigue life test apparatus with the measuring equipment of shaft and cage speed was designed and developed to be capable of subjecting combined radial and moment load. Fatigue life tests were executed by sudden death test method and the reliability of fatigue lives was evaluated by Weibull distribution analysis. From the results of fatigue tests and analysis, the relationships between film parameters and life adjustment factors were acquired. And it was turned out that so as to estimate the effect of moment load on fatigue life, the life adjustment factor as well as the dynamic equivalent load must be taken into account.
The majority of connections in moment resisting frames are considered as being fully-rigid. Consequently, the real behavior of the connection, which has some level of flexibility, is ignored. This may result in inaccurate predictions of structural response. This study investigates the influence of flexibility of the extended end-plate connections in the steel moment frames. This is done at two levels. First, the actual micro-behavior of extended end-plate moment connections is explored with respect to joint flexibility. Then, the macro-behavior of frames with end-plate moment connections is investigated using modal, nonlinear static pushover and incremental dynamic analyses. In all models, the P-Delta effects along with material and geometrical nonlinearities were included in the analyses. Results revealed considerable differences between the behavior of the structural frame with connections modeled as fully-rigid versus those when flexibility was incorporated, specifically difference occurred in the natural periods, strength, and maximum inter-story drift angle.
A series of tests on simple-welded plate specimens (SWPS) and T-stub tension specimens simulating some of the joint details in moment frame connections were conducted in this investigation. The effects of weld strength mismatch and weld metal toughness on structural behavior of these specimens were considered under both static and dynamic loading conditions. Finite element analyses were performed by taking into account typical weld residual stress distributions and weld metal strength mismatch conditions to facilitate the interpretation of the test results. The major findings are as follows: (a) Sufficient specimen size requirements are essential in simulating both load transfer and constraint conditions that are relevant to moment frame connections, (b) Weld residual stresses can significantly elevate stress triaxiality in addition to structural constraint effects, both of which can significantly reduce the plastic deformation capacity in moment frame connections, (c) Based on the test results, dynamic loading within a loading rate of 0.02 in/in/sec, as used in this study, premature brittle fractures were not seen, although a significant elevation of the yield strength can be clearly observed. However, brittle fracture features can be clearly identified in T-stub specimens in which severe constraint effects (stress triaxiality) are considered as the primary cause, (d) Based on both the test and FEA results, T-stub specimens provide a reasonable representation of the joint conditions in moment frame connections in simulating both complex load transfer mode and constraint conditions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.5
s.45
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pp.11-19
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2005
Seismic design of a building is usually performed by using the linear static procedure. However, the actual behavior of the building subjected to earthquake is inelastic and dynamic in nature. Therefore, inelastic dynamic analysis is required to evaluate the safety of the structure designed by the current design codes. For the validation, a RC special moment resisting frame building was chosen and designed by IBC 2003 representing new codes. Maximum plastic rotation and dissipated energy of some selected members were calculated for examining if the inelastic behavior of the building follows the intention of the code, and drift demand were calculated as well for checking if the building well satisfies the design drift limit. In addition, the effect of including internal moment resisting frames (non lateral resisting system) on analyses results was investigated. As a result of this study, the building designed by IBC 2003 showed the inelastic behavior intended in the code and satisfied the design drift limit. Furthermore, the internal moment resisting frames should be included in the analytical model as they affect the results of seismic analyses significantly.
Nonlinear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) frame under earthquake loading is performed in this paper on the basis of a hysteretic moment-curvature relation. Unlike previous analytical moment-curvature relations which take into account the flexural deformation only with the perfect-bond assumption, by introducing an equivalent flexural stiffness, the proposed relation considers the rigid-body-motion due to anchorage slip at the fixed end, which accounts for more than 50% of the total deformation. The advantage of the proposed relation, compared with both the layered section approach and the multi-component model, may be the ease of its application to a complex structure composed of many elements and on the reduction in calculation time and memory space. Describing the structural response more exactly becomes possible through the use of curved unloading and reloading branches inferred from the stress-strain relation of steel and consideration of the pinching effect caused by axial force. Finally, the applicability of the proposed model to the nonlinear dynamic analysis of RC structures is established through correlation studies between analytical and experimental results.
Kim, Sungmin;Song, Jooho;Han, Sanghyuk;Moon, Jeheon
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.31
no.4
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pp.297-307
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2021
Objective: The aim of this study was to analyze kinetic variables between thermotherapy and dynamic warm-up during drop-landing. Method: Twenty male healthy subjects (Age: 21.85 ± 1.90 years, Height: 1.81 ± 0.06 cm, Weight: 68.5 ± 7.06 kg) underwent three treatments applied on the thermotherapy of femoral muscles and a dynamic warm-up. The thermotherapy was performed for 15 minutes while sitting in a chair using an electric heating pad equipped with a temperature control device. Dynamic warm-up performed 14 exercise, a non-treatment was sitting in a chair for 15 minutes. Core temperature measurements of all subjects were performed before landing at a height of 50 cm. During drop-landing, core temperature, joint angle, moment, work of the sagittal plane was collected and analyzed. All analyses were performed with SPSS 21.0 and for repeated measured ANOVA and Post-hoc was Bonferroni. Results: Results indicated that Thermotherapy was increased temperature than other treatments (p = .000). During drop-landing, hip joint of dynamic warm-up was slower for angular velocity (p < .005), and left ankle joint was fastest than other treatments (p = .004). Maximum joint moment of dynamic warm-up was smaller for three joints (hip extension: p = .000; knee flexion/extension: p = .001/.000; ankle plantarflexion: p = .000). Negative work of dynamic warm-up was smaller than other treatments (p = .000). Conclusion: In conclusion, the thermotherapy in the local area doesn't affect the eccentric contraction of the thigh. The dynamic warm-up treatment minimized the joint moment and negative work of the lower joint during an eccentric contraction, it was confirmed that more active movement was performed than other treatment methods.
Estimation of muscle forces is important in biomechanics, therefore many researchers have tried to build a muscle model. Recently, optimization techniques for adjusting muscle parameters, i.e. EMG-driven model, have been used to estimate muscle forces and predict joint moments. In this study, an EMG-driven model based on the previous studies has been developed and isometric and isokinetic contraction movements were evaluated to validate the developed model. One healthy male participated in this study. The dynamometer tasks were performed for maximum voluntary isometric contractions (MVIC) for ankle dorsi/plantarflexors, isokinetic contraction at both $30^{\circ}/s$ and $60^{\circ}/s$. EMGs were recorded from the tibialis anterior, gastrocnemius medialis, gastrocnemius lateralis and soleus muscles at the sampling rate of 1000 Hz. The MVIC trial was used to customize the EMG-driven model to the specific subject. Once the subject's own model was developed, the model was used to predict the ankle joint moment for the other two dynamic movements. When no optimization was applied to characterize the muscle parameters, weak correlations were observed between the model prediction and the measured joint moment with large RMS error over 100% (r = 0.468 (123%) and r = 0.060 (159%) in $30^{\circ}/s$ and $60^{\circ}/s$ dynamic movements, respectively). However, once optimization was applied to adjust the muscle parameters, the predicted joint moment was highly similar to the measured joint moment with relatively small RMS error below 40% (r = 0.955 (21%) and r = 0.819 (36%) and in $30^{\circ}/s$ and $60^{\circ}/s$ dynamic movements, respectively). We expect that our EMG-driven model will be employed in our future efforts to estimate muscle forces of the elderly.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.6
s.171
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pp.118-126
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2005
There are many types of walking robots in the world. For dynamic walking of the robots it is necessary to keep its dynamic stability. The dynamic stability is influenced by the position of ZMP (zero moment point). In this paper we study the control of the ZMP position of walking robot. For experiment we developed a quadruped robot and analyzed the dynamic stability of the robot. Developed robot has 2 joints at each leg and WBO (weight balancing oscillator) on the body of the robot. The WBO is designed to move linearly from side to side when the robot walks dynamically. Walking test was performed to verify the validity of the proposed methods. Especially we showed that the dynamic stability of the robot can be improved without sacrifice of the walking speed by control the WBO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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