Development of a vibration-focused multi-body dynamics model for designing a cervical spine support system

Name: Development of a vibration-focused multi-body dynamics model for designing a cervical spine support system
Author: Heidari, Nima

İsim	Development of a vibration-focused multi-body dynamics model for designing a cervical spine support system
Yazar	Heidari, Nima
Basım Tarihi:	2024
Konu	Cervical vertebrae, Diseases, Wounds and injuries, Spine, Mechanical properties, Mathematical models, Vibration, Dynamical systems
Tür	Belge
Dil	İngilizce
Dijital	Evet
Yazma	Hayır
Kütüphane:	Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası	55d66701-d4f3-4fbb-a641-318b23f01380
Lokasyon	Department of Mechanical Engineering
Tarih	2024
Örnek Metin	Neck injuries, a common issue with various causes, can range from mild discomfort to severe disability. Despite the abundance of biomechanical models of the cervical spine in the literature, their capabilities for modal and frequency response analysis are limited. A comprehensive head-cervical spine model was developed to address this gap, enabling frequency domain analysis. A multi-body dynamics model with 20 degrees-of-freedom was created using ADAMS software's frequency response analysis capabilities. This model incorporates various elements, including vertebrae, ligaments, and active and passive muscles. Validation was conducted against OpenSim data and existing experimental findings. The model was then employed to conduct a Design of Experiments (DoE) study, where key design factors of a conceptual neck support system were varied. Two vibration objective functions were selected to evaluate the parametric designs from the DoE matrix. The first function identifies the maximum value of the head's frequency response, while the second measures overall vibration within the frequency range of interest. In a case study, the model's capabilities were demonstrated, identifying optimum design parameters for the neck support system. This powerful model, particularly its capacity to calculate vibration-related performance metrics, has the potential to make significant contributions across various industries. Applications range from designing anti-vibration devices to reduce fatigue in the automotive and aerospace sectors to enhancing rehabilitation systems in healthcare, ultimately improving patient exercise effectiveness., Boyun yaralanmaları, çeşitli nedenlere sahip yaygın bir sorun olup hafif rahatsızlıktan ciddi sakatlığa kadar değişebilir. Literatürde boyun sistemmin biyomekanik modellerinin bolca bulunmasına rağmen, bu modellerin modal ve frekans tepki analiz yetenekleri sınırlıdır. Bu boşluğu doldurmak amacıyla kapsamlı bir baş-boyun sistem modeli geliştirilmiş ve frekans alanı analizi olanaklı hale getirilmiştir. 20 serbestlik derecesine sahip çoklu cisimler dinamiği modeli, ADAMS yazılımının frekans tepki analiz yetenekleri kullanılarak oluşturulmuştur. Bu model, omurlar, bağlar ve aktif ve pasif kaslar gibi çeşitli unsurları içermektedir. Doğrulama, OpenSim verileri ve mevcut deneysel bulgulara karşı gerçekleştirilmiştir. Model daha sonra parametrik tasarım çalışması yapmak için kullanılmış, bir kavramsal boyun destek sisteminin önemli tasarım faktörlerini değiştirme olanağı sunmuştur. DoE matrisinden parametrik tasarımları değerlendirmek için iki titreşim amaç fonksiyonu seçilmiştir. İlk fonksiyon başın frekans tepkisinin maksimum değerini tanımlarken, ikincisi ilgi alanındaki frekans aralığı içindeki genel titreşimi ölçmektedir. Bir vaka çalışmasında, modelin yetenekleri gösterilmiş ve boyun destek sistemi için optimum tasarım parametreleri tanımlanmıştır. Geliştirilen model, özellikle titreşimle ilgili performans metriklerini hesaplama kapasitesi sayesinde, çeşitli endüstrilerde önemli katkılarda bulunma potansiyeline sahiptir. Uygulamalar, otomotiv ve havacılık sektörlerinde yorgunluğu azaltmak amacıyla titreşimi önleyici cihazlar tasarlama işlerinden sağlık sektöründe rehabilitasyon sistemlerini geliştirerek hastaların egzersiz etkililiğini artırmaya kadar geniş bir yelpazeye yayılmaktadır.

Kaynağa git Özyeğin Üniversitesi

Aramaya Dön

Özyeğin Üniversitesi

Kaynağa git

Development of a vibration-focused multi-body dynamics model for designing a cervical spine support system

Yazar Heidari, Nima

Basım Tarihi 2024

Konu Cervical vertebrae, Diseases, Wounds and injuries, Spine, Mechanical properties, Mathematical models, Vibration, Dynamical systems

Tür Belge

Dil İngilizce

Dijital Evet

Yazma Hayır

Kütüphane Özyeğin Üniversitesi

Kayıt Numarası 55d66701-d4f3-4fbb-a641-318b23f01380

Lokasyon Department of Mechanical Engineering

Tarih 2024

Örnek Metin Neck injuries, a common issue with various causes, can range from mild discomfort to severe disability. Despite the abundance of biomechanical models of the cervical spine in the literature, their capabilities for modal and frequency response analysis are limited. A comprehensive head-cervical spine model was developed to address this gap, enabling frequency domain analysis. A multi-body dynamics model with 20 degrees-of-freedom was created using ADAMS software's frequency response analysis capabilities. This model incorporates various elements, including vertebrae, ligaments, and active and passive muscles. Validation was conducted against OpenSim data and existing experimental findings. The model was then employed to conduct a Design of Experiments (DoE) study, where key design factors of a conceptual neck support system were varied. Two vibration objective functions were selected to evaluate the parametric designs from the DoE matrix. The first function identifies the maximum value of the head's frequency response, while the second measures overall vibration within the frequency range of interest. In a case study, the model's capabilities were demonstrated, identifying optimum design parameters for the neck support system. This powerful model, particularly its capacity to calculate vibration-related performance metrics, has the potential to make significant contributions across various industries. Applications range from designing anti-vibration devices to reduce fatigue in the automotive and aerospace sectors to enhancing rehabilitation systems in healthcare, ultimately improving patient exercise effectiveness., Boyun yaralanmaları, çeşitli nedenlere sahip yaygın bir sorun olup hafif rahatsızlıktan ciddi sakatlığa kadar değişebilir. Literatürde boyun sistemmin biyomekanik modellerinin bolca bulunmasına rağmen, bu modellerin modal ve frekans tepki analiz yetenekleri sınırlıdır. Bu boşluğu doldurmak amacıyla kapsamlı bir baş-boyun sistem modeli geliştirilmiş ve frekans alanı analizi olanaklı hale getirilmiştir. 20 serbestlik derecesine sahip çoklu cisimler dinamiği modeli, ADAMS yazılımının frekans tepki analiz yetenekleri kullanılarak oluşturulmuştur. Bu model, omurlar, bağlar ve aktif ve pasif kaslar gibi çeşitli unsurları içermektedir. Doğrulama, OpenSim verileri ve mevcut deneysel bulgulara karşı gerçekleştirilmiştir. Model daha sonra parametrik tasarım çalışması yapmak için kullanılmış, bir kavramsal boyun destek sisteminin önemli tasarım faktörlerini değiştirme olanağı sunmuştur. DoE matrisinden parametrik tasarımları değerlendirmek için iki titreşim amaç fonksiyonu seçilmiştir. İlk fonksiyon başın frekans tepkisinin maksimum değerini tanımlarken, ikincisi ilgi alanındaki frekans aralığı içindeki genel titreşimi ölçmektedir. Bir vaka çalışmasında, modelin yetenekleri gösterilmiş ve boyun destek sistemi için optimum tasarım parametreleri tanımlanmıştır. Geliştirilen model, özellikle titreşimle ilgili performans metriklerini hesaplama kapasitesi sayesinde, çeşitli endüstrilerde önemli katkılarda bulunma potansiyeline sahiptir. Uygulamalar, otomotiv ve havacılık sektörlerinde yorgunluğu azaltmak amacıyla titreşimi önleyici cihazlar tasarlama işlerinden sağlık sektöründe rehabilitasyon sistemlerini geliştirerek hastaların egzersiz etkililiğini artırmaya kadar geniş bir yelpazeye yayılmaktadır.