No description available.

<p> The semi-classical path-integral method for finding the magnetoconductivity is specialised to cubic one-electron metals having a spherical Fermi surface, isotropic effective mass and anisotropic scattering times. Properties of the conductivity and resistivity tensors are deduced for this special case, in more detail for high magnetic fields. The magnetoconductivity for potassium, and the quantities derived from it - magnetoresistance and induced torque - are calculated as functions of temperature, field strength, impurity concentration and crystal orientation. Comparison is made with experimental results.</p> / Thesis / Master of Science (MSc)

No description available.

Due to its cheap production costs, simple construction, and robustness, switched reluctance machines are viable candidates for traction motor drive applications in the electrification of transportation. However, high torque ripple and acoustic noise limit the performance of switched reluctance motors (SRM). This thesis considers control methods to reduce the electromagnetic torque ripple in SRM, while also analyzing the impact of these control methods on other aspect of machine performance, such as copper losses and radial force production. Traditionally, SRM is controlled using rectangular current profiles which are excited using discrete pulsations. Timing of these pulsations is quantified with conduction angles, and the performance of the machine at a given operating point can be optimized by carefully choosing these conduction angles. This thesis starts the analysis on controls of SRM using the conduction angle parameters to determine a baseline of torque ripple performance for comparison against advanced control techniques developed afterwards. Recently, current profiling techniques have been developed, and have been shown to have high performance for torque ripple reduction. In this thesis, one such technique is proposed in the form of an optimization problem where the solution of this problem yields an optimized current profile that both minimizes torque ripple while reducing copper losses. The proposed current profiling technique ensures good current tracking, which allow for optimal control performance over a wide speed range. Finally, this thesis shows the torque more generally as one component of the nodal forces in SRM. The other component of the nodal forces is the radial forces, which contributes to the noise, vibrations, and harshness of the machine. In this thesis, modeling of the radial forces has been conducted, and effects of the proposed current profiling technique on radial forces have been shown to comprehensively illustrate the performance of the current profiling technique. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Twenty Virginia Tech varsity football players, age 18-24, volunteered as subjects to examine the effects of wearing prophylatic knee sleeves/ braces on selected isokinetic measures (i.e. strength, power and endurance). Each subject performed the Biodex (Multi-Joint System 2AP) knee extension test in each of three experimental conditions: sleeved with the Don Joy Knee support (S-DJ); braced with the McDavid lateral knee support (B-MD); and the control, unsupported condition (C-UN). The order of experimental conditions and the specific knee tested were randomized. The subjects were administered a Biodex knee extension test at 60 deg/sec, 210 deg/sec, and 450 deg/sec. The test protocol consisted of five maximal repetitions at 60 deg/sec, twenty maximal repetitions at 210 deg/sec and thirty maximal repetitions at 450 deg/sec. The following isokinetic measures were recorded: (1) peak torque to body weight ratio at 60 deg/sec. (2) work to fatigue ratio at 210º and 450 deg/sec. (3) average power at 210º and 450 deg/sec, and (4) range of motion at 60º, 210º, and 450 deg/sec. One way repeated measures analysis of variance revealed significant difference ( p > .03 ) in peak torque to body weight ratio treatment groups; work to fatique ratio, average power and range of motion revealed no significant diference among the three experimental conditions. The investigator concluded that prophylatic knee sleeves/braces effects peak torque to body weight ratio; the effect of different levels of condition does not depend on what level of speed is present for work to fatigue, average power and range of motion. / Master of Science

Timing belt systems, usually consisting of a toothed belt and multiple pulleys, are used in many mechanical devices, especially in the internal combustion engine to synchronize the rotation of the crankshafts and the camshafts. When the system operates, the belt teeth will be transmitted by the pulley teeth meshed with them. Timing belt drives can make sure that the engine' s valves open and close properly due to their precise transmission ratio. In this thesis, a quasi-static computational model is developed to calculate the belt load distributions and the torques around pulleys for different timing belt systems. The simplest system is a two-pulley system with one oval pulley and one circular pulley. This computational model is then extended to a two-pulley system with one special-shaped pulley and finally generalized to determine the load conditions for a multi-pulley system with multiple special-shaped pulleys. Belt tooth deflections, tooth loads, belt tension distributions, friction forces, and the effect of friction hysteresis have been taken into consideration. Results of these quantities are solved by a nested numerical iteration method. Periodic torques generated by the varied radius of noncircular pulley are calculated by this computational model to cancel the undesired external cyclic torque, which will increase the life of timing belts. / Master of Science / Timing belt systems, usually consisting of a toothed belt and multiple pulleys, are used in many mechanical devices, especially in the internal combustion engine to synchronize the rotation of the crankshafts and the camshafts. When the system operates, the belt teeth will be transmitted by the pulley teeth meshed with them. Timing belt drives can make sure that the engines valves open and close properly due to their precise transmission ratio. In this thesis, a quasi-static computational model is developed to calculate the belt load distributions and the torques around pulleys for different timing belt systems. The simplest system is a two-pulley system with one oval pulley and one circular pulley. This computational model is then extended to a two-pulley system with one special-shaped pulley and finally generalized to determine the load conditions for a multi-pulley system with multiple special-shaped pulleys. Belt tooth deflections, tooth loads, belt tension distributions, friction forces, and the effect of friction hysteresis have been taken into consideration. Results of these quantities are solved by a nested numerical iteration method. Periodic torques generated by the varied radius of noncircular pulley are calculated by this computational model to cancel the undesired external cyclic torque, which will increase the life of timing belts.

Estudos anteriores têm relatado um decremento na capacidade de produção de força com a idade. Mudanças estruturais e funcionais nos músculos esqueléticos tal como a sarcopenia (perda de massa muscular), diminuição da ativação das unidades motoras, co-contração aumentada da musculatura antagonista, diminuição da tensão da fibra muscular e rigidez do tendão são referidos para explicar a funcionalidade motora reduzida em indivíduos idosos. Este estudo objetivou investigar as mudanças ligadas à idade na produção de torque voluntário isométrico e isocinético (TVM), como também as respostas eletromiográficas (EMG). Hipotetizamos, como conseqüências do envelhecimento: a) uma redução da capacidade de produção de TVM; b) deslocamento da curva torque-ângulo (para a esquerda) na direção de menores comprimentos musculares; c) deslocamento da curva torque-velocidade (para a esquerda) na direção de menores velocidades; d) que uma menor ativação muscular seria observada. Quarenta indivíduos saudáveis, do gênero masculino, divididos igual e randomizadamente em quatro grupos (15-30; 31-45; 46-60 e 61-75 anos), participaram neste estudo como sujeitos, aos quais foram solicitados produzir torques máximos de extensão de joelho em um dinamômetro isocinético (Byodex®) em diferentes ângulos (15º; 30º;45º; 60º; 75º; 90º e 105º) e velocidades (60º/s; 120º/s; 180º/s; 240º/s; 300º/s e 360º/s) Sinais da EMG dos músculos da coxa, como vasto lateral, reto femoral e vasto medial foram simultaneamente registrados. O nível de atividade física foi avaliado pelo IPAQforma curta (International questionnaire of physical activity ). Valores de TVM, valores RMS do sinal EMG e nível de atividade física foram usados como medidas dependentes. Os resultados demonstraram uma diminuição no TVM com a idade. Particularmente, menores valores de TVM foram encontrados durante as maiores velocidades em condições isocinéticas. Nenhuma mudança foi observada nas curvas torque-ângulo e torque-velocidade e nenhuma mudança ligada à idade foram encontradas nas respostas da EMG. Concluímos que a idade afeta a produção de TVM, particularmente em maiores velocidades. Além disso, os resultados permitemnos apontar que os altos níveis de atividade física e demandas funcionais possam explicar a similaridade encontrada nas respostas EMG entre os diferentes grupos. / Previous studies have reported a decrease in force production ability with age. Structural and functional changes on the skeletal muscles such as sarcopenia (loss of muscle mass), decreased ability of motor unit firing, increased co-activation of antagonist muscle, decreased muscle fiber tension and tendon’s rigidity are taken into account for the reduced motor functionality in elderly individuals. This study aimed to investigate age-related changes of maximum voluntary isometric and isokinetic torque production (MVT), as well as electromyography (EMG) responses. We hypothesized that as consequence of aging: a) a reduced ability of MVT production; b) a torque/angle curve displacement (left side) towards the lowers muscle lengths; c) a torque/velocity curve displacement (left side) towards smaller velocities; d) and decreased muscle activation will be observed. Forty healthy male individuals, evenly and randomly divided in four age groups (15–30; 31– 35; 45– 60; 60–75 years old), participated in this study as subjects. The subjects were asked to produce maximum knee extension torques on the isokinetic dynamometer (Cybex ®) in different angles (15º; 30º; 45º; 60º; 75º; 90º and 105º) and velocities (60º/s; 120º/s; 180º/s; 240º/s; 300º/s and 360º/s) EMG signals from the upper leg muscles such as, vatsus lateralis, rectus femoris, vastus medialis, were simultaneously recorded. The level of physical activity was evaluated by the QIAF–short form (International questionnaire of physical activity). MVT values, RMS values from EMG signals and level of physical activity were used as dependent measures. The results showed a decrease in MVT with age. Particularly, lower values of MVT were found during higher velocities under isokinetic condition. No changes were observed for torque/angle and torque/velocity curves and no age-related changes were found on the EMG responses. We conclude that aging affects MVT production, particularly during high velocities. In addition, the results allowed us to point out that higher levels of physical activity and functional demand, showed by the older groups, could explain the similarities found on EMG responses among the different age groups.

<p>The importance of control systems and diagnostics in vehicles are increasing and has resulted in several new methods to calculate better control signals. The performance can be increased by calculating these signals close to optimum, but that also require more and precise information regarding the system.</p><p>One of the wanted control signals are the crankshaft torque and the thesis presents two different methods to estimate this torque using engine speed variations. These methods are Modeling of the Crankshaft and Frequency Analysis. The methods are evaluated and implemented on for a four cylinder SAAB engine. Measurements are made in an engine test cell as well as a vehicle.</p><p>The results show that the Modeling of the Crankshaft method does not produce a satisfying estimation, with a difference of about 200% between estimated and calculated torque. On the other hand, the Frequency Analysis provides an accurate estimation of both mean and instantaneous indicated torque, with a maximum difference of ±20% between estimated and calculated torque.</p>

A imobilização de um segmento corporal tem sido amplamente utilizada na recuperação de lesões músculo-esqueléticas. Por essa razão, os mecanismos de adaptação funcional dos músculos após um período de redução de uso tem sido objeto de estudo de várias pesquisas. No entanto, a imobilização provoca déficits funcionais de difícil recuperação para os pacientes, e não se sabe ao certo qual a contribuição relativa da lesão e da imobilização para esses déficits. Nesse sentido, a determinação dos prejuízos causados puramente pelo processo de imobilização parece fundamental a fim de que se possam diferenciar os mecanismos específicos de adaptação muscular. Isso possibilitará uma melhor definição das estratégias para minimizar os efeitos deletérios do período de imobilização. Existem evidências que indicam que após um período de imobilização (ou de redução de uso) ocorre redução da força em decorrência de hipotrofia muscular e um aumento do percentual de fibras de contração rápida em relação às fibras de contração lenta. Apesar disso, as informações obtidas por esses estudos ainda são inconsistentes, e não permitem a definição de um comportamento padrão. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi verificar a influência da imobilização da articulação do cotovelo, em indivíduos saudáveis, nas propriedades mecânicas e elétricas dos músculos flexores e extensores. Essas propriedades foram avaliadas por meio das relações torqueângulo e torque-velocidade, da fatigabilidade e da ativação elétrica muscular. As hipóteses formuladas para este estudo eram de que (1) a imobilização provocaria uma redução da capacidade de produção de força máxima isométrica, bem como da ativação elétrica (valor RMS); (2) determinaria um deslocamento da relação torquevelocidade em direção a um aumento da força em maiores velocidades; (3) uma redução do tempo de sustentação de um nível submáximo de força e um aumento precoce do valor RMS e uma redução também precoce da mediana da freqüência durante o protocolo de fadiga; além da (4) manutenção do comportamento da relação torque-ângulo, uma vez que o ângulo de imobilização utilizado foi considerado ótimo para a produção de força. A amostra foi constituída por 18 indivíduos do sexo masculino, sendo 11 pertencentes ao grupo controle e sete ao grupo experimental (faixa etária de 22 a 42 anos). Todos os indivíduos realizaram duas avaliações com intervalo de 14 dias entre elas. O grupo experimental foi submetido à imobilização por 14 dias, com tala gessada, da articulação do cotovelo em um ângulo de 90°. O torque máximo foi obtido no ângulo de 90°; a relação torque-ângulo foi avaliada nos ângulos 30°, 60° e 120°; a relação torque-velocidade foi avaliada nas velocidades angulares de 60°/s, 120°/s, 180°/s, 240°/s e 300°/s; o protocolo de fadiga foi realizado a 70% da contração voluntária máxima isométrica de flexores e extensores até a exaustão. Os resultados indicaram redução do torque máximo absoluto (15 e 17% para flexores e extensores no ângulo de 90°, respectivamente) e manutenção do comportamento da relação torque-ângulo, no grupo experimental, após a imobilização. Nas demais análises não foram encontradas diferenças significativas. Os resultados obtidos no presente estudo revelaram que indivíduos saudáveis parecem não apresentar alterações na estrutura dos músculos flexores e extensores da articulação do cotovelo, além de uma hipotrofia por redução do uso. Os efeitos do uso reduzido por imobilização em sujeitos saudáveis acarretam uma redução da força muscular que não pode ser explicada pelos resultados de perimetria e nem por redução da atividade eletromiográfica dos músculos. Nossos resultados sugerem que a redução do uso do membro superior em indivíduos saudáveis produz somente uma redução na capacidade de produção de força máxima dos músculos. A comparação desses resultados com o de outros modelos de redução de uso pode auxiliar na elucidação dos mecanismos de adaptação decorrentes da redução do uso em sujeitos saudáveis, como é o caso de astronautas submetidos à redução do uso por ambiente de microgravidade. / Limb immobilization has been extensively used during the recovery process of musculoskeletal injuries. However, this technique causes musculoskeletal functional deficits to the patients. For that reason, mechanisms of muscles functional adaptations after a reduced use period have been studied on scientific literature. There are several evidences showing force reduction due to muscle atrophy and an increment of the fast twitch fibers percentage. In spite of these evidences, the results obtained from different studies are inconsistent and do not allow for the determination of a common behavior and/or mechanism. Also, the relative contributions of the injuries and that of reduction in muscle use due to immobilization are not well understood. The determination of the effects of skeletal muscle reduced use due to immobilization in healthy subjects might help to differentiate between the specific mechanisms of muscle adaptation due to immobilization and those on musculoskeletal injuries. This might allow for a better definition of strategies to minimize the deleterious effects of an immobilization periods. Therefore, the aim of the present study was to verify the influence of the elbow joint immobilization in healthy subjects, on the mechanical and electrical properties of the elbow flexors and extensors muscles. These properties were evaluated using the torque-angle and torque-velocity relationships, the fatigability and muscle electrical activation. The hypotheses of this study were that (1) immobilization should cause a reduction in maximal isometric force production capacity force and a Root Mean Square (RMS) reduction; (2) the torque-velocity should shift in the direction of higher velocities; (3) a decrease in the time of fatigue resistance, in the RMS and median frequency values after a 70% MVC isometric fatigue protocol; (4) and the maintenance of the torqueangle relationship due to the fact that subjects were immobilized at an angle considered as the most favorable for force generation. Eighteen male healthy subjects (22 to 42 years) took part in this study, being assigned to a control group (n=11) and an experimental group (n=7). All subjects performed the same tests twice with a 14-days interval period. The experimental group had the non-dominant elbow joint immobilized with a cast at a joint angle of 90° during 14 days. The maximal isometric torque was obtained at a joint angle of 90°, and the torque-angle relationship was obtained at additional joint angles of 30°, 60° and 120°. The torquevelocity relationship was obtained at six different angular velocities (30°/s, 60°/s, 120°/s, 180°/s, 240°/s and 300°/s. The fatigue protocol consisted of a 70% of the MVC isometric contraction of the flexors and extensors of the elbow until exhaustion. There was a decrease on the maximum absolute torque (15% and 17% at 90°, for flexors and extensors, respectively). There was no change in the torque-angle relationship behavior in the experimental group after immobilization, and no significant differences were observed for the other variables of the study. These results indicate that healthy subjects show a general decrease in the absolute torque at all joint angles as the only change in the mechanical properties of the muscles after 14-days of immobilization of the elbow joint. The results of torque production reduction after immobilization cannot be explained by changes in forearm and arm girths or by reduction in the electromyographic activity of the muscles. Comparison of these results with those of other reduced use models might help to elucidate the mechanisms of muscle adaptation due to reduced use in healthy subjects, as is the case of astronauts subjected to reduced use by being exposed to micro gravity ambient.

A imobilização de um segmento corporal tem sido amplamente utilizada na recuperação de lesões músculo-esqueléticas. Por essa razão, os mecanismos de adaptação funcional dos músculos após um período de redução de uso tem sido objeto de estudo de várias pesquisas. No entanto, a imobilização provoca déficits funcionais de difícil recuperação para os pacientes, e não se sabe ao certo qual a contribuição relativa da lesão e da imobilização para esses déficits. Nesse sentido, a determinação dos prejuízos causados puramente pelo processo de imobilização parece fundamental a fim de que se possam diferenciar os mecanismos específicos de adaptação muscular. Isso possibilitará uma melhor definição das estratégias para minimizar os efeitos deletérios do período de imobilização. Existem evidências que indicam que após um período de imobilização (ou de redução de uso) ocorre redução da força em decorrência de hipotrofia muscular e um aumento do percentual de fibras de contração rápida em relação às fibras de contração lenta. Apesar disso, as informações obtidas por esses estudos ainda são inconsistentes, e não permitem a definição de um comportamento padrão. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi verificar a influência da imobilização da articulação do cotovelo, em indivíduos saudáveis, nas propriedades mecânicas e elétricas dos músculos flexores e extensores. Essas propriedades foram avaliadas por meio das relações torqueângulo e torque-velocidade, da fatigabilidade e da ativação elétrica muscular. As hipóteses formuladas para este estudo eram de que (1) a imobilização provocaria uma redução da capacidade de produção de força máxima isométrica, bem como da ativação elétrica (valor RMS); (2) determinaria um deslocamento da relação torquevelocidade em direção a um aumento da força em maiores velocidades; (3) uma redução do tempo de sustentação de um nível submáximo de força e um aumento precoce do valor RMS e uma redução também precoce da mediana da freqüência durante o protocolo de fadiga; além da (4) manutenção do comportamento da relação torque-ângulo, uma vez que o ângulo de imobilização utilizado foi considerado ótimo para a produção de força. A amostra foi constituída por 18 indivíduos do sexo masculino, sendo 11 pertencentes ao grupo controle e sete ao grupo experimental (faixa etária de 22 a 42 anos). Todos os indivíduos realizaram duas avaliações com intervalo de 14 dias entre elas. O grupo experimental foi submetido à imobilização por 14 dias, com tala gessada, da articulação do cotovelo em um ângulo de 90°. O torque máximo foi obtido no ângulo de 90°; a relação torque-ângulo foi avaliada nos ângulos 30°, 60° e 120°; a relação torque-velocidade foi avaliada nas velocidades angulares de 60°/s, 120°/s, 180°/s, 240°/s e 300°/s; o protocolo de fadiga foi realizado a 70% da contração voluntária máxima isométrica de flexores e extensores até a exaustão. Os resultados indicaram redução do torque máximo absoluto (15 e 17% para flexores e extensores no ângulo de 90°, respectivamente) e manutenção do comportamento da relação torque-ângulo, no grupo experimental, após a imobilização. Nas demais análises não foram encontradas diferenças significativas. Os resultados obtidos no presente estudo revelaram que indivíduos saudáveis parecem não apresentar alterações na estrutura dos músculos flexores e extensores da articulação do cotovelo, além de uma hipotrofia por redução do uso. Os efeitos do uso reduzido por imobilização em sujeitos saudáveis acarretam uma redução da força muscular que não pode ser explicada pelos resultados de perimetria e nem por redução da atividade eletromiográfica dos músculos. Nossos resultados sugerem que a redução do uso do membro superior em indivíduos saudáveis produz somente uma redução na capacidade de produção de força máxima dos músculos. A comparação desses resultados com o de outros modelos de redução de uso pode auxiliar na elucidação dos mecanismos de adaptação decorrentes da redução do uso em sujeitos saudáveis, como é o caso de astronautas submetidos à redução do uso por ambiente de microgravidade. / Limb immobilization has been extensively used during the recovery process of musculoskeletal injuries. However, this technique causes musculoskeletal functional deficits to the patients. For that reason, mechanisms of muscles functional adaptations after a reduced use period have been studied on scientific literature. There are several evidences showing force reduction due to muscle atrophy and an increment of the fast twitch fibers percentage. In spite of these evidences, the results obtained from different studies are inconsistent and do not allow for the determination of a common behavior and/or mechanism. Also, the relative contributions of the injuries and that of reduction in muscle use due to immobilization are not well understood. The determination of the effects of skeletal muscle reduced use due to immobilization in healthy subjects might help to differentiate between the specific mechanisms of muscle adaptation due to immobilization and those on musculoskeletal injuries. This might allow for a better definition of strategies to minimize the deleterious effects of an immobilization periods. Therefore, the aim of the present study was to verify the influence of the elbow joint immobilization in healthy subjects, on the mechanical and electrical properties of the elbow flexors and extensors muscles. These properties were evaluated using the torque-angle and torque-velocity relationships, the fatigability and muscle electrical activation. The hypotheses of this study were that (1) immobilization should cause a reduction in maximal isometric force production capacity force and a Root Mean Square (RMS) reduction; (2) the torque-velocity should shift in the direction of higher velocities; (3) a decrease in the time of fatigue resistance, in the RMS and median frequency values after a 70% MVC isometric fatigue protocol; (4) and the maintenance of the torqueangle relationship due to the fact that subjects were immobilized at an angle considered as the most favorable for force generation. Eighteen male healthy subjects (22 to 42 years) took part in this study, being assigned to a control group (n=11) and an experimental group (n=7). All subjects performed the same tests twice with a 14-days interval period. The experimental group had the non-dominant elbow joint immobilized with a cast at a joint angle of 90° during 14 days. The maximal isometric torque was obtained at a joint angle of 90°, and the torque-angle relationship was obtained at additional joint angles of 30°, 60° and 120°. The torquevelocity relationship was obtained at six different angular velocities (30°/s, 60°/s, 120°/s, 180°/s, 240°/s and 300°/s. The fatigue protocol consisted of a 70% of the MVC isometric contraction of the flexors and extensors of the elbow until exhaustion. There was a decrease on the maximum absolute torque (15% and 17% at 90°, for flexors and extensors, respectively). There was no change in the torque-angle relationship behavior in the experimental group after immobilization, and no significant differences were observed for the other variables of the study. These results indicate that healthy subjects show a general decrease in the absolute torque at all joint angles as the only change in the mechanical properties of the muscles after 14-days of immobilization of the elbow joint. The results of torque production reduction after immobilization cannot be explained by changes in forearm and arm girths or by reduction in the electromyographic activity of the muscles. Comparison of these results with those of other reduced use models might help to elucidate the mechanisms of muscle adaptation due to reduced use in healthy subjects, as is the case of astronauts subjected to reduced use by being exposed to micro gravity ambient.