Dynamics of the Disk-Pendulum Coupled System With Vertical Excitation

This paper investigates the static and dynamic characteristics of the semi-elliptical rocking disk on which a pendulum pinned. This coupled system’s response is also analyzed analytically and numerically when a vertical harmonic excitation is applied to the bottom of the rocking disk. Lagrange’s Equation is used to derive the motion equations of the disk-pendulum coupled system. The second derivative test for the system’s potential energy shows how the location of the pendulum’s pivotal point affects the number and stability of equilibria, and the change of location presents different bifurcation diagrams for different geometries of the rocking disk. For both vertically excited and unforced cases, the coupled system shows chaos easily, but the proper chosen parameters can still help the system reach and keep the steady state. For the steady state of the vertically excited rocking disk without a pendulum, the variation of the excitation’s amplitude and frequency result in the hysteresis for the amplitude of the response. When a pendulum is pinned on the rocking disk, three major categories of steady states are presently in the numerical way.

An investigation of lower limb joint powers as a predictive measure of countermovement vertical jump height.

Measuring and tracking athletic performance is crucial to an athlete’s development and the countermovement vertical jump is often used to measure athletic performance, particularly lower limb power. The linear power developed in the lower limb is estimated through jump height. However, the relationship between angular power, produced by the joints of the lower limb, and jump height is not well understood. This study examined the contributions of the kinetic value of angular power, and its kinematic component, angular velocity, of the lower limb joints to jump height in the countermovement vertical jump. Kinematic and kinetic data were gathered from twenty varsity-level basketball and volleyball athletes as they performed six maximal effort jumps in four arm swing conditions: no-arm involvement, single-non-dominant arm swing, single-dominant arm swing, and two-arm swing. The displacement of the whole body centre of mass, peak joint powers, peak angular velocity, and locations of the peaks as a percentage of the jump’s takeoff period, were computed. Linear regressions assessed the relationship of the variables to jump height. Results demonstrated that knee peak power (p = 0.001, ß = 0.363, r = 0.363), its location within takeoff period (p = 0.023, ß = -0.256, r = 0.256), and peak knee peak angular velocity (p = 0.005, ß = 0.310, r = 0.310) were moderately linked to increased jump height. Additionally, the location, within the takeoff period, of the peak angular velocities of the hip (p = 0.003, ß = -0.318, r = 0.419) and ankle (p = 0.011, ß = 0.270, r = 0.419) were positively linked to jump height. These results highlight the importance of training the velocity and timing of joint motion beyond traditional power training protocols as well as the importance of further investigation into appropriate testing protocol that is sensitive to the contributions by individual joints in maximal effort jumping.

A framework for experimental determination of localised vertical pedestrian forces on full-scale structures using wireless attitude and heading reference systems

A major weakness among loading models for pedestrians walking on flexible structures proposed in recent years is the various uncorroborated assumptions made in their development. This applies to spatio-temporal characteristics of pedestrian loading and the nature of multi-object interactions. To alleviate this problem, a framework for the determination of localised pedestrian forces on full-scale structures is presented using a wireless attitude and heading reference systems (AHRS). An AHRS comprises a triad of tri-axial accelerometers, gyroscopes and magnetometers managed by a dedicated data processing unit, allowing motion in three-dimensional space to be reconstructed. A pedestrian loading model based on a single point inertial measurement from an AHRS is derived and shown to perform well against benchmark data collected on an instrumented treadmill. Unlike other models, the current model does not take any predefined form nor does it require any extrapolations as to the timing and amplitude of pedestrian loading. In order to assess correctly the influence of the moving pedestrian on behaviour of a structure, an algorithm for tracking the point of application of pedestrian force is developed based on data from a single AHRS attached to a foot. A set of controlled walking tests with a single pedestrian is conducted on a real footbridge for validation purposes. A remarkably good match between the measured and simulated bridge response is found, indeed confirming applicability of the proposed framework.

GPS inferred velocity and strain rate fields in eastern Canada

La vallée du fleuve Saint-Laurent, dans l’est du Canada, est l’une des régions sismiques les plus actives dans l’est de l’Amérique du Nord et est caractérisée par de nombreux tremblements de terre intraplaques. Après la rotation rigide de la plaque tectonique, l’ajustement isostatique glaciaire est de loin la plus grande source de signal géophysique dans l’est du Canada. Les déformations et les vitesses de déformation de la croûte terrestre de cette région ont été étudiées en utilisant plus de 14 ans d’observations (9 ans en moyenne) de 112 stations GPS fonctionnant en continu. Le champ de vitesse a été obtenu à partir de séries temporelles de coordonnées GPS quotidiennes nettoyées en appliquant un modèle combiné utilisant une pondération par moindres carrés. Les vitesses ont été estimées avec des modèles de bruit qui incluent les corrélations temporelles des séries temporelles des coordonnées tridimensionnelles. Le champ de vitesse horizontale montre la rotation antihoraire de la plaque nord-américaine avec une vitesse moyenne de 16,8±0,7 mm/an dans un modèle sans rotation nette (no-net-rotation) par rapport à l’ITRF2008. Le champ de vitesse verticale confirme un soulèvement dû à l’ajustement isostatique glaciaire partout dans l’est du Canada avec un taux maximal de 13,7±1,2 mm/an et un affaissement vers le sud, principalement au nord des États-Unis, avec un taux typique de −1 à −2 mm/an et un taux minimum de −2,7±1,4 mm/an. Le comportement du bruit des séries temporelles des coordonnées GPS tridimensionnelles a été analysé en utilisant une analyse spectrale et la méthode du maximum de vraisemblance pour tester cinq modèles de bruit: loi de puissance; bruit blanc; bruit blanc et bruit de scintillation; bruit blanc et marche aléatoire; bruit blanc, bruit de scintillation et marche aléatoire. Les résultats montrent que la combinaison bruit blanc et bruit de scintillation est le meilleur modèle pour décrire la partie stochastique des séries temporelles. Les amplitudes de tous les modèles de bruit sont plus faibles dans la direction nord et plus grandes dans la direction verticale. Les amplitudes du bruit blanc sont à peu près égales à travers la zone d’étude et sont donc surpassées, dans toutes les directions, par le bruit de scintillation et de marche aléatoire. Le modèle de bruit de scintillation augmente l’incertitude des vitesses estimées par un facteur de 5 à 38 par rapport au modèle de bruit blanc. Les vitesses estimées de tous les modèles de bruit sont statistiquement cohérentes. Les paramètres estimés du pôle eulérien de rotation pour cette région sont légèrement, mais significativement, différents de la rotation globale de la plaque nord-américaine. Cette différence reflète potentiellement les contraintes locales dans cette région sismique et les contraintes causées par la différence des vitesses intraplaques entre les deux rives du fleuve Saint-Laurent. La déformation de la croûte terrestre de la région a été étudiée en utilisant la méthode de collocation par moindres carrés. Les vitesses horizontales interpolées montrent un mouvement cohérent spatialement: soit un mouvement radial vers l’extérieur pour les centres de soulèvement maximal au nord et un mouvement radial vers l’intérieur pour les centres d’affaissement maximal au sud, avec une vitesse typique de 1 à 1,6±0,4 mm/an. Cependant, ce modèle devient plus complexe près des marges des anciennes zones glaciaires. Basées selon leurs directions, les vitesses horizontales intraplaques peuvent être divisées en trois zones distinctes. Cela confirme les conclusions d’autres chercheurs sur l’existence de trois dômes de glace dans la région d’étude avant le dernier maximum glaciaire. Une corrélation spatiale est observée entre les zones de vitesses horizontales intraplaques de magnitude plus élevée et les zones sismiques le long du fleuve Saint-Laurent. Les vitesses verticales ont ensuite été interpolées pour modéliser la déformation verticale. Le modèle montre un taux de soulèvement maximal de 15,6 mm/an au sud-est de la baie d’Hudson et un taux d’affaissement typique de 1 à 2 mm/an au sud, principalement dans le nord des États-Unis. Le long du fleuve Saint-Laurent, les mouvements horizontaux et verticaux sont cohérents spatialement. Il y a un déplacement vers le sud-est d’une magnitude d’environ 1,3 mm/an et un soulèvement moyen de 3,1 mm/an par rapport à la plaque l’Amérique du Nord. Le taux de déformation verticale est d’environ 2,4 fois plus grand que le taux de déformation horizontale intraplaque. Les résultats de l’analyse de déformation montrent l’état actuel de déformation dans l’est du Canada sous la forme d’une expansion dans la partie nord (la zone se soulève) et d’une compression dans la partie sud (la zone s’affaisse). Les taux de rotation sont en moyenne de 0,011°/Ma. Nous avons observé une compression NNO-SSE avec un taux de 3.6 à 8.1 nstrain/an dans la zone sismique du Bas-Saint-Laurent. Dans la zone sismique de Charlevoix, une expansion avec un taux de 3,0 à 7,1 nstrain/an est orientée ENE-OSO. Dans la zone sismique de l’Ouest du Québec, la déformation a un mécanisme de cisaillement avec un taux de compression de 1,0 à 5,1 nstrain/an et un taux d’expansion de 1.6 à 4.1 nstrain/an. Ces mesures sont conformes, au premier ordre, avec les modèles d’ajustement isostatique glaciaire et avec la contrainte de compression horizontale maximale du projet World Stress Map, obtenue à partir de la théorie des mécanismes focaux (focal mechanism method).

Head repositioning accuracy in patients with neck pain and asymptomatic subjects: concurrent validity, influence of motion speed, motion direction and target distance

Background: Cervicocephalic kinesthetic deficiencies have been demonstrated in patients with chronic neck pain (NP). On the other hand, authors emphasized the use of different motion speeds for assessing functional impairment of the cervical spine. Purpose: The objectives of this study were (1) to investigate the head repositioning accuracy in NP patients and control subjects and (2) to assess the influence of target distance, motion speed, motion direction and pain. Materials and methods: Seventy-one subjects (36 healthy subjects and 35 NP patients; age 30–55 years) performed the head repositioning test (HRT) at two different speeds for horizontal and vertical movements and at two different distances. For each condition, six consecutive trials were sampled. Results: The study showed the validity and reproducibility of the HRT, confirming a dysfunctional threshold of 4.5°. Normative values of head repositioning error up to 3.6° and 7.1° were identified for healthy and NP subjects, respectively. A distance of 180 cm from the target and a natural motion speed increased HRT accuracy. Repositioning after extension movement showed a significantly larger error in both groups. Intensity, duration of pain as well as pain level did not significantly alter head repositioning error. Conclusions: The assessment of proprioceptive performance in healthy and NP subjects allowed the validation of the HRT. The HRT is a simple, not expensive and fast test, easily implementable in daily practice to assess and monitor treatment and evolution of proprioceptive cervical deficits.

Person tracking using motion detection and optical flow

Person tracking systems to date have either relied on motion detection or optical flow as a basis for person detection and tracking. As yet, systems have not been developed that utilise both these techniques. We propose a person tracking system that uses both, made possible by a novel hybrid optical flow-motion detection technique that we have developed. This provides the system with two methods of person detection, helping to avoid missed detections and the need to predict position, which can lead to errors in tracking and mistakes when handling occlusion situations. Our results show that our system is able to track people accurately, with an average error less than four pixels, and that our system outperforms the current CAVIAR benchmark system.