Thèse doctorat : Génie Mécanique. Génie Civil : Villeurbanne, INSA : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 225-235.

A computer simulation model of the table contact phase of gymnastics vaulting was developed to gain an understanding of the mechanics of this phase of the vault. The model incorporated a gymnast and a vaulting table, and used a novel two-state contact phase representation to simulate the interaction between these two bodies during the table contact phase. The gymnast was modelled in planar form using seven segments, with torque generators acting at the wrist, shoulder, hip and knee joints. The model also allowed for shoulder retraction and protraction, displacement of the glenohumeral joint centre and flexion/extension of the fingers. The table was modelled as a single rigid body that could rotate. The model was personalised to an elite gymnast so that simulation outputs could be compared with the gymnast's performance. Kinematic data of vaulting performances were obtained using a optoelectronic motion capture system. Maximal voluntary joint torques were also measured using an isovelocity dynamometer, and a torque - angle - angular velocity relationship was used to relate joint torques to joint angles and angular velocities. A set of model system parameters was determined using a gymnast-specific angle-driven model by matching four simulations to their respective performances concurrently. The resulting parameters were evaluated using two independent trials, and found to be applicable to handspring entry vaults. The torque-driven model was successfully evaluated, and shown to produce realistic movements, with mean overall differences between simulations and recorded performances of 2.5% and 8.6% for two different handspring entry vaults. The model was applied to further understanding of the mechanics of the table contact phase of gymnastics vaulting. Optimisation showed that there was limited potential (1.3%) for the gymnast to improve performance through technique changes during the table contact phase. However, with additional changes in configuration at table contact post-flight rotation could be increased by 9.8% and post-flight height could be increased by 0.14m. Angular momentum was found to always decrease during the table contact phase of the vault, although the reductions were less when maximising post-flight rotation.

Dagens samhälle går mot en livsstil som präglas av möjligheter att göra allt fler hållbara val. För att minska koldioxidavtrycket krävs en fortsatt stabil omställning till förnyelsebara energikällor, i vilken vindkraften har en betydande roll. Det här projektet syftar till att, under statiska förhållanden, studera lagren i vindkraftverkens pitchsystem och deras prestation, att undersöka lastfördelningen mellan rullkropparna i lagren, samt att bestämma kontaktvillkoren mellan ytterring och rullkropp. Genom att anta kvasi-statisk belastning på rotorbladet under en rotation har lagrens lastfördelning beräknats. En förenklad modell genom finita elementmetoden har tagits fram där rullkropparnas styvhet modelleras på speciella kopplingselement, vilket förbrukar mindre beräkningstid men fortfarande ger ett korrekt resultat. Den största anledningen till utmattningsbrott hos lagren är lastens cykliska karaktär. Resultatet av beräkningen tyder på en ojämn fördelad belastning mellan rullkropparna där vissa rullkroppar ständigt upptar mer last än övriga. Dessutom har läget för maximala kontakttryck på rullkropparnas yta och hur det ändras med tiden beräknats. Lagret i vindkraftverkets pitchsystem kan tyckas relativt obetydligt jämfört med övriga komponenter, men en korrekt funktion av dessa är väsentlig för att uppnå en säker drift av vindkraftverken. Resultatet av denna studie belyser behovet av en alternativ lösning som är effektivare och optimerad för denna applikation. / The world today is heading towards a more sustainable lifestyle in every aspect ranging from the clothes worn, transportation and even energy generation. The change towards lowering the carbon footprint is a slow but steady process, in which the wind industry play a major role.The project’s aim is to study the behavior of the pitch bearing under constant wind load conditions, investigate the load distribution between the rolling elements in the bearing and finally to determine the contact conditions that exist between the raceways and the rollers. The bearing load is calculated by assuming a quasi-static loading as the blade completes one revolution. A simplified finite element model is then built where the stiffness of the rollers is modeled onto special connector elements, which consumes less computational resource and still delivers an accurate result.The cyclic nature of loading is one of the major source of fatigue failure of these bearings. The load distribution data suggests uneven loading of the rolling elements and how certain rollers in a particular position are always more heavily loaded than the others. The loading information is also used to map the position of maximum contact pressure on to the surface of the rollers and how it changes with time.At the first glance, the pitch bearing might appear relatively insignificant compared to rest of the components, but a proper functioning of these bearings is essential for safe operation of the WT (Wind Turbine). The results of this work have thrown light into the proficiency of these bearings and the need for an alternate solution that is more efficient and better optimized for this application.

The master's thesis is concerned with design and execution of an experimental acetabulofemoral joint simulator. Its primary use is the study of lubrication film thickness in hip implants. The work first describes available hip joint simulators, which simulate particular joint positions. Next, the thesis proposes author’s own designs and solutions. The result is a produced device allowing for dynamic change of load in simulation of hip joint flexion and extension as set by ISO standard. Contact is recorded by an optical apparatus composed of a high-speed camera and a microscope. The work also includes the initial testing experiment and the complete design documentation of the device including electrical wiring diagrams.

Simulations are a powerful tool used to reduce development time and cost in the vehicle industry. However, the models used in simulations are simplifications of reality, and there are commonly contradicting requirements between accuracy and computational efficiency. Vehicles are constructed with a large number of parts joined together with bolts, welds and other joints. At these locations and other places where different surfaces come in contact, the contact can have a considerable effect on the dynamic behaviour of the part and capturing this effect in simulations can be difficult because of their nonlinear nature.  This thesis aims to evaluate different methods for simulating contacts and their effects under dynamic conditions. The thesis is performed at Scania, one of the top commercial vehicle manufacturer, which aims to increase the use of simulations in the design of their vehicles to have better designs with lower cost and time investments.  This thesis uses the multibody simulation software Adams Car to evaluate two different contact simulation methods, one developed by Adams and the other is the softwareMamba developed by Magna. Mamba defines special modes called Joint-interface modes, which capture the deformation in the vicinity of the contact. The contact simulations are compared with some of the existing simulation methods and physical test data by implementing it on cases where contact plays an important role in dynamic behaviour. Two such cases are identified as the leaf spring and the frame-subframe assembly. For the leaf spring example, the stiffness and energy dissipation were compared for Mamba simulations with the Adams built-in multi-beam model and physical test data. The stiffness with the Mamba contact model better matched the test data, but the energy dissipation was better modelled with the Adams leaf spring model. For the frame-subframe assembly, the effect of the Mamba contact modes was evaluated for random vibration tests by comparing acceleration Power Spectral Density (PSD), relative displacement and Operating Deflection Shape (ODS) analysis. The Adams contact model was also implemented for this case but could not converge to a solution. Improvement in accuracy was observed with Mamba contact simulations compared to simulations which ignored contact, but with the drawback of significantly higher simulation times. / Simuleringar är ett kraftfullt verktyg som används för att minska utvecklingstiden och kostnaderna i fordonsindustrin. De modeller som används i simuleringar är dock förenklingar av verkligheten, och det finns vanligtvis motstridiga krav mellan noggrannhet och beräkningseffektivitet. Fordon är konstruerade med ett stort antal delar sammanfogade med bultar, svetsar och andra skarvar. På dessa platser och andra platser där olika ytor kommer i kontakt kan kontakten ha en avsevärd effekt på delens dynamiska beteende och att fånga denna effekt i simuleringar kan vara svårt på grund av deras olinjära karaktär. Detta examensarbete syftar till att utvärdera olika metoder för att simulera kontakter och deras effekter under dynamiska förhållanden. Examensarbetet har utförts hos Scania, en av de främsta tillverkarna av kommersiella fordon, som har som mål att öka användningen av simuleringar i utformningen av sina fordon för att få bättre konstruktioner med lägre kostnads och tidsinvesteringar. Detta examensarbete använder multikroppssimuleringsprogramvaran Adams Car för att utvärdera två olika kontaktsimuleringsmetoder, en utvecklad av Adams och denna andra är Mamba som är utvecklad av Magna. Mamba definierar ‘Joint interface modes’, som fångar upp deformationen i närheten av kontakten. Kontaktsimuleringen med Mamba jämförs med några av de befintliga simuleringsmetoderna samt fysiska testdata genom att implementera den i fall där kontakt spelar en viktig roll i det dynamiska beteendet. Två sådana fall identifieras som bladfjädern och ram-subramenheten. För blad-fjäder exemplet jämfördes styvhet och energiförlust för Mamba simuleringar med Adams inbyggda multi-balksmodell och fysiska testdata. Styvheten med Mamba-kontaktmodellen stämde bättre överens med testdata, men energiförlusten modellerades bättre med Adams bladfjädermodell. För ram-subramenheten utvärderades effekten av kontaktmoderna i Mamba för slumpmässiga vibrationstest genom att jämföra spektraltätheten för accelerationerna Power Spectral Density (PSD), relativ förskjutning och Operating Deflection Shape (ODS) analys. Adams kontaktmodell implementerades också för detta fall men kunde inte konvergera till en lösning. Förbättring i noggrannhet observerades med Mamba kontaktsimuleringar jämfört med simuleringar som ignorerade kontakt, men med nackdelen med betydligt längre simuleringstider.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit speziellen Methoden zur näherungsweisen Berechnung der Zahnverformungen sowie -spannungen im Kontext der Zahnkontaktsimulation von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen. Die näherungsweise Berechnung ermöglicht kurze Simulationszeiten und ist damit die Voraussetzung für eine effiziente Verzahnungsoptimierung. Die Anwendung neuer Fertigungsverfahren ermöglicht es, dabei geometrische Ausprägungen des Zahnprofils, Zahnfußes und der Flankentopologie zu realisieren, die mit den speziellen Methoden der näherungsweisen Berechnung bisher nicht oder nur unzureichend genau abgebildet werden können. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb Näherungsmethoden entwickelt, mit denen z.B. auch Zahnprofile mit großer Asymmetrie, elliptischen Zahnfußkurven und logarithmischen Flankentopologiemodifikationen zuverlässig berechnet werden können.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Zahnkontaktsimulation 2.2 Die Verzahnungsgeometrie als Basis der Zahnkontaktsimulation 2.3 Methoden für die Zahnkontaktsimulation 2.3.1 Komplexe Methoden für die Verformungs- und Spannungsberechnung 2.3.2 Näherungsmethoden für die Verformungs- und Spannungsberechnung 2.4 Verzahnungen mit Sondermerkmalen 3 Zahnkontaktsimulation auf Basis der Einflusszahlenmethode 3.1 Herangehensweise bei der Betrachtung 3.2 Zerlegung der Verformungen und Spannungen in lineare und nicht lineare Anteile 3.3 Annahmen für die Formulierung des Zahnkontaktproblems 3.4 Bestimmung der potenziellen Zahnkontakte 3.5 Einflusszahlenmethode 3.6 Lösung des reibungsfreien Zahnkontaktproblems 3.7 Radkörpereinfluss 3.8 Wechselwirkung zwischen den Zähnen 4 Näherungsweise Biegeverformungsberechnung 4.1 Vereinfachung der Verzahnungsgeometrie 4.2 Berechnungsmethode 4.3 Allgemeine Verformungsabklingfunktion 4.3.1 Allgemeine Verformungsabklingfunktion für den unendlich langen Zahn 4.3.2 Allgemeine Abklingfunktion für den endlich langen Zahn 4.3.3 Berechnung der Zahnverformung unter Einzelast mittels FEM 4.3.4 Einfluss der Kraftangriffshöhe und der Profilform 4.3.5 Fehlerverhalten der allgemeinen Verformungsabklingfunktion 4.3.6 Einfluss der veränderlichen Normalschnittgeometrie 4.4 Bezugswert der Biegeverformung 4.4.1 Näherungslösung 4.4.2 Wahl einer Methode zur Verbesserung der Bezugswertberechnung 4.4.3 Auswahl des BEM-Verfahrens 4.4.4 Verfahrensbeschreibung für das BEM-Programm-Modul 4.4.5 Auswertung der BEM-Verformungen an der Stelle einer Streckenlast 4.4.6 Überprüfung des BEM-Programm-Moduls und Genauigkeitsbewertung 4.4.7 Effiziente Berechnung des BEM-Bezugswerts 4.5 Korrekturen für den Ersatzzahn 4.5.1 Stirnseitenunstetigkeit 4.5.2 Krümmungseigenschaften des Zahnes 4.6 Zahnberandungseinfluss 4.7 Berechnung der verbesserten Biegeverformungseinflusszahlen 5 Näherungsweise Berechnung der Kontaktverformung und -spannung 5.1 Vereinfachung der Kontaktgeometrie 5.2 Berechnung der Kontaktverformungseinflusszahl und der Kontaktspannung mit der ZZM 5.3 Komplexe Einflüsse auf die Kontaktverformung und -spannung 5.3.1 Wechselwirkungseinfluss 5.3.2 Zahnberandungseinflüsse 5.4 Erweiterung der ZZM zur Berücksichtigung von Kopfkanten 5.5 Verbesserte Berechnung der Kontaktverformungseinflusszahl und der Pressung 6 Näherungsweise Berechnung der Zahnfußspannung 6.1 Berechnungsmethode 6.2 Allgemeine Spannungsabklingfunktion 6.2.1 Allgemeine Spannungsabklingfunktion für den unendlich und endlich langen Zahn 6.2.2 Einfluss der Kraftangriffshöhe und der Profilform 6.2.3 Fehlerverhalten der allgemeinen Spannungsabklingfunktion 6.3 Bezugswert der Zahnfußspannung 6.4 Korrektur für den Ersatzzahn 6.4.1 Einfluss des Schrägungswinkels auf die Zahnbreitenlage des Zahnfußspannungsmaximums 6.4.2 Stirnseitenunstetigkeit 6.4.3 Einfluss der Zahnwindung auf die Zahnfußspannung 6.4.4 Einfluss der Flankenlinienkrümmung auf die Zahnfußspannung 6.5 Berechnung der Zahnfußspannung nach der verbesserten Methode 7 Verifikation und Validierung der verbesserten Berechnungsmethoden 7.1 Herangehensweise bei der Verifikation und Validierung 7.2 Verifikation 7.2.1 Allgemeine Vorbetrachtungen zur Genauigkeit 7.2.2 Sensibilitätsstudie 7.3 Validierung 7.3.1 Vorgehensweise bei der Validierung 7.3.2 Ausgewählte Messungen von Paul 7.3.3 Tragbildvergleich an Praxisverzahnungen 7.4 Konvergenzverhalten bei der Zahnkontaktsimulation mit BECAL-BEM 8 Zusammenfassung und Ausblick