The diploma thesis, which belongs to the area of vehicle dynamics, deals with the issue of suspension of trucks cabins. In particular, it focuses on the suspension of a race truck cab such as the Rally Dakar. Includes an overview of truck suspension (especially cabs), driving comfort assessment methods and the impact of vibration on human. To verify the suitability of using different cab suspension concepts, a multibody model was built in program MSC ADAMS. Suitable primary suspension has been found appropriate for this model. Cab suspension was tested for driving safety, but first for driving comfort.

Chez Renault, pour réaliser les études amont, les équipes en charge de la prestation du choc automobile disposent de modèles très simples leur permettant de pré-dimensionner le véhicule. Aujourd'hui, ils sont construits à partir du comportement d'un ou quelques véhicules de référence. Ils sont fonctionnels et permettent le dimensionnement. Mais à présent, l'entreprise souhaite construire ses modèles amont en s'appuyant sur l'ensemble de ses véhicules. En d'autres termes, elle souhaite disposer d'une méthode d'analyse automatique de simulations de crashtests afin de capitaliser leurs résultats dans une base de données de modèles simplifiés.Pour répondre à cet objectif, nous développons une méthode permettant d'extraire des simulations de crashtests les données nécessaires à la construction d'un modèle multi-corps de substitution : CrashScan. Le processus d'analyse implémenté dans CrashScan se résume en trois étapes majeures.La première consiste à identifier l'ensemble des zones peu déformées sur une simulation de crashtest. Cela nous permet de dresser le graphe topologique du futur modèle de substitution. La seconde étape est une analyse des cinématiques relatives entre les portions peu déformées : les directions principales et les modes de déformation (e.g. compression, flexion) sont identifiés en analysant le mouvement relatif. La dernière étape consiste à analyser les efforts et les moments situés entre les zones peu déformées dans les repères associés aux directions principales des déformations en fonction des déformations. Cela nous permet d'identifier des modèles hystérétiques de Bouc-Wen équivalents. Ces modèles disposent de trois paramètres utiles dans notre cas : une raideur, un effort seuil avant plastification et une pente d'écrouissage. Ces paramètres peuvent être utilisés directement par les experts des études amont.Enfin, nous construisons les modèles multi-corps de substitution pour trois cas d'étude différents. Nous les comparons alors à leur référence sur les résultats qu'ils fournissent pour les critères utilisés en amont : les modèles générés par CrashScan semblent apporter la précision et la fidélité nécessaires pour être utilisés en amont du développement automobile.Pour poursuivre ces travaux de recherche et aboutir à une solution industrielle, il reste néanmoins des verrous à lever dont les principaux sont la synthèse d'un mouvement quelconque en six mouvements élémentaires et la synthèse multi-corps sur des éléments autres que des poutres. / At Renault, to fulfill upstream studies, teams in charge of crashworthiness use very simple models to pre-size the vehicle. Today, these models are built from the physical behavior of only one or some reference vehicles. They work and allow to size the project. But today, the company wishes to build its upstream models using all its vehicles. In other words, it wishes to get an automatic method to analyze crashtests simulations to capitalize their results in a database of simplified models.To meet this goal, we decide to use the multi-body model theory. We develop a method to analyze crashtests simulations in order to extract the data required to build a surrogate multi-body model : CrashScan. The analysis process implemented in CrashScan can be split into three major steps.The first one allows to identify the low deformed zones on a crashtest simulation. Then, we can build the topological graph of the future surrogate model. The second step is to analyze the relative kinematics between the low deformed zones : major directions and deformation modes (e.g. crushing or bending) are identified analysing relative movements. The last step is to analyze strengths and moments located between the low deformed zones, viewed in the frames associated to the major directions of deformations in function of the deformations. This allows us to identify equivalent Bouc-Wen hysteretic models. These models have three parameters that we can use : a stiffness, a threshold strength before plastification and a strain of hardening. These parameters can directly be used by upstream studies experts.Finally, we build multi-body models for three different use case. We compare them to their reference over the results they produce for the upstream criteria : models generated with CrashScan seems to grant the precision and the fidelity required to be used during automotive development's upstream phases.To continue this research work and get an industrial solution, there are still some locks to lift, the main ones are : synthesis of any movement into six elementary ones and multi-body synthesis on elements other than beams.

La position assise peut être source d'inconfort, particulièrement en avion lors des vols longcourriers. Cet inconfort provient en partie de facteurs mécaniques liés à l'interaction entre le siège et le passager. Disposer de modèles biomécaniques pouvant simuler cette interaction et estimer ces facteurs permettrait d'optimiser le design du siège d'avion lors de sa phase de conception afin d'améliorer son ergonomie et réduire l'inconfort du passager. L'objectif de cette thèse est de développer un outil numérique permettant d'estimer les facteurs mécaniques menant à l'inconfort et la fatigue des passagers. Cet outil combine deux différents types de modèles. Un modèle éléments finis permettant de simuler la déformation des tissus sous-cutanés et un modèle corps rigides permettant d'estimer les efforts musculaires et articulaires. Une méthode de couplage des deux modèles a été développée permettant ainsi de simuler une position à partir de laquelle l'ensemble des facteurs d'inconfort sont estimés. Un modèle éléments finis a été développé après avoir fait une étude de sensibilité sur les différents paramètres de modélisation (maillage, géométrie, lois matériaux). Un modèle corps rigides développé par Anybody a été utilisé pour être couplé avec ce modèle éléments finis. Cette méthode de couplage itératif entre les deux modèles a permis de réaliser un ajustement de la posture initiale dans le siège. Afin de simuler l'ensemble de la population et sa grande diversité morphologique, un modèle surfacique paramétrique a été développé à partir de données 3d expérimentales, ce modèle surfacique permettant ainsi d'obtenir un modèle éléments finis représentant tout type d'anthropométrie. Différents processus de validation ont été effectués à l'aide de données et d'un modèle « sujetspécifique ». Les données de pression externe simulées ont été comparées à des données expérimentales. Une étude expérimentale sous IRM ouvert a permis de mesurer les déformations des différents tissus sous-cutanés afin de les comparer aux données simulées. Un outil numérique est donc aujourd'hui disponible pour simuler l'impact du siège sur les passagers, cependant de futures études devraient se concentrer d'une part sur les modèles en étudiant la variation morphologique interne inter individus, le positionnement dans le siège ainsi que l'influence du temps sur les tissus mous et d'autres part sur la définition de critères d'inconfort et de fatigue (inconfort considéré sur des temps longs représentatifs d'un vol long-courrier) / The sitting position could be a source of discomfort, in particular in a long haul flight. This discomfort comes partially from mechanical factors linked to the interaction between the passenger and the seat. Having biomechanical models which can simulate this interaction and estimate these factors would allow optimizing the seat design in its conception phase to improve it ergonomic quality and reduce the passenger discomfort. The objective of this thesis is to develop a digital tool allowing estimating the mechanical factors leading to discomfort and fatigue of the passenger. This tool assemble two kinds of models, a finite element model allowing to simulate the sub dermal tissue deformation and a multibody model allowing to estimate the muscular and joint forces. A coupling method of the two models have been developed allowing simulating a position from where the all discomfort factors are estimated. A finite element model has been developed after having done a sensitivity analysis on the different model parameters (mesh, geometry, material law). A multibody model developed by Anybody was used to be associated with this finite element model. This iterative coupling method between the two models allowed realizing an adjustment of the initial posture in the seat. To simulate the whole population and is large morphological diversity, a parametric shape model was developed from 3d experimental data, this shape model allowing to obtain a finite element model representing any kind of anthropometry. Different validation processes have been realized with experimental data and subject-specific model. The simulated extern pressures were compared to experimental data. An experimental study done in an open MRI allowed to measure the different subcutaneous tissue to compare it to the simulated data. A digital tool is consequently now available to simulate the impact of the seat on the passenger, however future studies should focus on the one hand on the models studying the internal morphological variations between people, the person positioning in the seat, the time influence on the soft tissue and on the other hand on the discomfort and fatigue criteria

The object of this master thesis is testing of vehicle using four post rig. The main goal is to make a research about testing and tuning vehicle characteristics on four post rig in order to implement them for testing of TU Brno Racing’s Formula Student racecar. The main method of testing, input signals and measurement description are presented in this thesis. The different methods of analysis of testing data to find best tuning of damper and spring stiffness for different race disciplines are described. In the last part of this work, quarter car model and multibody model in MSC Adams Car is created. Input parameters of model are based on measurements from real car/ component testing, including damper characteristics and static tire radial stiffness for best fit with the characteristics of real vehicle. The measurements themselves were also described in separate chapter of this thesis. The last but not the least goal was to compare these simulations with measurements, made od real four post rig in order to decide whether car model is suitable for racecar development.

Pour mieux comprendre et traiter les troubles musculosquelettiques présents à l’épaule, une meilleure connaissance de la contribution et de la fonction de chaque muscle de l’articulation glénohumérale est nécessaire. L’analyse des forces musculaires et articulaires est une étape importante pour comprendre les mécanismes de blessures et les pathologies. Ces forces musculaires peuvent être estimées de façon non invasive grâce à des modèles musculosquelettiques. Le défi est de prédire de façon physiologique les trajectoires musculaires et les bras de levier afin de s’assurer d’avoir une cohérence des forces musculaires dans les modèles musculosquelettiques. L’objectif de cette thèse était d’améliorer la géométrie musculaire des modèles musculosquelettiques de l’épaule en passant par plusieurs méthodes différentes d’implémentation des trajectoires musculaires. À cet égard, nos objectifs spécifiques étaient de : (1) améliorer la géométrie musculaire des modèles multicorps rigides grâce à l’implémentation de contraintes transverses; (2) évaluer la fiabilité d’un modèle éléments finis pour l’estimation des bras de levier et (3) tester la sensibilité de la prédiction des bras de levier aux incertitudes sur les zones d’insertions musculaires; (4) établir une base de données de bras de levier 3D pour des mouvements de grande amplitude; (5) quantifier de façon expérimentale les changements architecturaux des muscles entre l’état au repos et différents niveaux de contraction isométrique. (1) Deux modèles multicorps rigides de la coiffe des rotateurs ont été développés : un modèle classique intégrant une représentation des lignes d’action en 1D et un modèle possédant des contraintes transverses entre les lignes d’action permettant une représentation 2D. La représentation 2D avec des contraintes transverses permet une représentation plus physiologique des trajectoires musculaires et des bras de levier que les modèles classiques 1D. Toutefois, lors de mouvement allant au-delà de 90° d’élévation du bras, lorsque les points d’origine et d’insertion se rapprochent, les bras de levier et les longueurs musculaires sont mal estimés, car le modèle ne prend pas en compte les déformations du volume musculaire. (2) Un modèle éléments finis a été développé à partir de données d’imagerie médicale. Ce modèle permet une estimation des bras de levier fidèle aux données d’IRM. Contrairement aux modèles multicorps rigides, notre modèle élément finis rend compte du fait qu’un même muscle peut avoir plusieurs actions selon la position de sa ligne d’action par rapport au centre de rotation de l’articulation. (3) Le modèle a également servi à faire une étude de sensibilité des bras de levier : les zones d’insertion des différents muscles de la coiffe des rotateurs et du deltoïde ont été déplacées et les bras de levier associés calculés. Les résultats montrent qu’une variation de 10 mm des points d’insertion sur la tête humérale peut amener un muscle à changer de fonction (par exemple adduction plutôt que d’abduction). (4) Une collecte de données expérimentales effectuées sur quatre épaules a permis de collecter les bras de levier du deltoïde et des muscles de la coiffe des rotateurs pour des mouvements de grande amplitude. Ces résultats permettent de mieux comprendre le rôle des muscles de l’articulation glénohumérale lors de la réalisation de différents mouvements. Le deltoïde antérieur a une grande action en flexion et en adduction; le deltoïde moyen est un fort abducteur; le deltoïde postérieur agit en extension. Contrairement au deltoïde, l’infra-épineux et le petit rond ont principalement une fonction de rotateur externe. (5) Une collecte de données impliquant 14 sujets a été réalisée dans le but de quantifier les changements de géométrie musculaire et d’angle de pennation associés à la contraction pour les muscles du biceps, triceps et deltoïde. Les angles de pennation ont été obtenus grâce à un système d’échographie et les changements de géométrie externe des muscles ont été mesurés grâce à un capteur de structure. Les résultats montrent que les changements architecturaux pour les muscles étudiés se produisent principalement entre 0 et 25% de contraction maximale volontaire (aucune différence significative observée entre 25 et 50%). Le muscle le plus affecté par les changements architecturaux est le biceps. Cette thèse a évalué différentes approches de modélisation de la géométrie musculaire : l’approche la plus bio-fidèle étant finalement la modélisation par éléments finis, car elle permet de prendre en compte les interactions entre les structures et les déformations musculaires. De plus, nous avons montré l’importance d’estimer avec rigueur les paramètres d’entrée (zones d’insertions musculaires) des modèles et de bien évaluer la bio-fidèlité des modèles développés avant de les utiliser dans des contextes cliniques. Dans ce but, de nouvelles données ont été acquises en termes de déformations musculaires et d’angle de pennation pour permettre l’évaluation de modèle intégrant de l’activation musculaire. / Understanding and treating musculoskeletal disorders of the shoulder requires additional knowledge of the contribution and function of each muscle of the glenohumeral joint. The analysis of muscle and joint forces is an important step in understanding injury mechanisms and pathologies. These muscle forces can be estimated non-invasively using musculoskeletal models. The challenge is to physiologically predict muscle trajectories and moment arms to ensure consistency of muscle forces in musculoskeletal models. The aim of this thesis was to improve muscle geometry in musculoskeletal models of the shoulder by testing several different techniques for implementing muscle trajectories. Our specific objectives were to: (1) improve muscle geometry of rigid multibody models by using transverse constraints; (2) assess the reliability of a finite element model for estimating moment arms and (3) evaluate the sensitivity of moment arm predictions to uncertainties in muscle insertion areas; (4) create a database of 3D moment arms for movements with high ranges of motion; (5) experimentally quantify muscles’ architectural changes between resting state and different levels of isometric contractions. (1) Two rigid multibody models of the rotator cuff were developed: a classic model representing muscles with lines of action in 1D and a 2D model with transverse constraints between lines of action of a single muscle. The 2D model (with transverse constraints) gives a more physiological representation of muscle trajectories and moment arms than the classical 1D model. However, for arm movements beyond 90° of elevation, when the origin and insertion points get closer, moment arms and muscle lengths are misestimated due to the mode’s inability to account for muscle volume deformations. (2) A finite element model of the glenohumeral joint was developed based on medical imaging. Moment arms were computed and compared to the literature and MRI data. Our finite element model produces moment arms consistent with the literature and MRI data. Unlike rigid multibody models, our finite element model accounts for the fact that one muscle can have several actions depending on the position of its line of action relative to the centre of rotation of the joint. (3) The model was used to study moment arm sensitivity: insertion areas of rotator cuff muscles and the deltoid were moved, and associated moment arms have been computed. Results showed that a 10 mm variation in insertion points on the humeral head could cause a muscle to change function (for example performing adduction rather than abduction). (4) The 3D moment arms were assessed on four post-mortem human surrogates during movements with high ranges of motion. Results of the study gave us a better understanding of muscle functions during different movements. The main findings of the study were that the anterior deltoid was the largest flexor and had an adduction component, the median deltoid was a strong abductor, and the posterior deltoid acted in extension. Unlike the deltoid, the infraspinatus and teres minor were the largest external rotators of the shoulder. (5) Experimental measurements were performed on 14 subjects in order to quantify changes in muscle geometry and pennation angles associated with different levels of contraction for the biceps, triceps and deltoid. Pennation angles were measured on subjects using a portable ultrasound system. External muscle deformations were measured with an iPad equipped with a structure sensor. Changes in muscle architecture for the biceps, triceps and deltoid during isometric contractions occurred mostly between 0 and 25% of maximal voluntary contraction (no significant difference was observed between 25 and 50%). Changes were higher for the biceps than other muscles. This thesis evaluated different approaches to model muscle geometry: the approach leading to the most physiological result was the finite element model due to modeling of the interactions between structure and muscle deformations. Additionally, we demonstrated the importance of rigorously estimating input parameters (muscle insertion areas) and of properly evaluating the bio-fidelity of the models developed before using them in clinical contexts. New data was acquired regarding muscle deformations and pennation angles to evaluate models integrating muscle activation.