基于能量的人体动力学稳定性评价指标

为验证使用基于能量的动力学稳定性评价指标度量人体运动稳定性的有效性,在人体双足站立受扰平衡实验中,对4个年轻受试者进行了23次不同强度的背部扰动试验。结果表明:动力学评价指标对于发生跨步的预测准确率为83%,对于不发生跨步的预测准确率为65%,总的预测准确率为70%,预测结果与实验结果基本吻合。由此可见,该指标较准确地度量了人体运动中的稳定性,其度量的准确度明显高于静力学评价指标(总预测准确率为52%),特别对于人体质心速度较大的情况,其准确度更高。基于能量的稳定裕量作为一种定量评价指标,用于描述人体运动中的动力学稳定性是可行的。     

人体直立平衡过程中踝关节的反射和阻抗控制

为了解决人体直立扰动平衡过程中踝关节力矩的控制问题,提出一种基于肌电信号的肌肉反射模型和基于踝关节角度及角速度信息的比例微分环节反馈力矩控制模型,对人体控制机理做初步阐释.实验者站于测力平台上,受施加于背部的微小冲击,保持膝、髋关节不弯曲,仅通过踝关节转动维持站立稳定.通过惯性测量单元、肌电仪及测力平台获取运动学及动力学信息.采用数据拟合获取模型参数,结果表明模型预测结果与实验测量数据相符.     

不同足地界面对人体三维步态的影响

为了解足地界面对人体下肢运动学、动力学的影响,从实验的角度对受试者在光足、穿球鞋和穿7 cm高跟鞋时的三维步态进行了测试。结果表明在运动学方面:足地界面对踝、膝和髋关节运动均有影响,而且在冠状面内的影响程度远大于矢状面。在动力学方面:穿高跟鞋后,膝关节和踝关节内收力矩峰值增大,踝关节和髋关节弯曲伸展力矩均有变化;沿股骨和胫骨轴向,分别作用于膝关节和踝关节的力增加,沿步行前后方向膝关节和髋关节的力增加。这些变化加剧了关节的磨损,长期积累会造成关节损伤和病变。     

人体站立受扰平衡策略的实验研究

为研究人体受到扰动后的平衡模式。利用Kane方法建立了人体5刚体4自由度站立受扰平衡的动力学模型。4个年轻受试者进行了不同强度的20次扰动实验。结果表明,人体受扰后肢体绕跖趾关节的翻转动量矩可用来表示扰动强度。不同扰动强度,平衡模式不同,如身体摆动、单跨步和双跨步。而且平衡过程是多关节协调运动,各关节均参与平衡恢复,其中跖趾关节和髋关节对于平衡恢复起主要作用,膝关节的贡献较小。上述研究对于平衡机能的康复训练和拟人机器人的平衡控制均具有重要意义。     

滚仰式导引头稳定平台动力学建模及驱动力矩计算

为指导滚仰式导引头稳定平台控制系统的设计,结合李群理论,分析了稳定平台运动学描述方法,推导了广义坐标形式的动力学方程.该动力学方程不仅考虑了加速度力矩,而且综合了质量不平衡力矩、框架耦合力矩及弹体运动产生的干扰力矩等非线性力矩.在此基础上分析了导引头跟踪沿光轴切线飞行的目标时的角速度、角加速度参数.最后针对某滚仰式导引头原理样机,数值计算滚转轴的最大驱动力矩为1.828N·m,俯仰轴最大驱动力矩为0.015 6N·m.     

人体下肢摆动相冗余肌力分析

为探讨人体步态的形成机理,建立了人体下肢摆动相包含髋、膝和踝关节（ＨＫＡ）的肌骨动力学模型,模型中考虑了８ 组下肢主要肌肉。引入约束最优化方法求解冗余肌力分布问题,并通过数值计算说明了关节被动力矩对冗余肌力分布解的影响。在此模型和算法的基础上,探讨摆动过程中各组肌力的变化规律及其在形成正常步态中所起的作用,并从能量角度分析了所有肌肉总能耗与摆动相周期的关系,结果表明该步态存在一个与之相对应的最低能耗摆动相周期,即存在一最佳步速     

基于肌肉反射控制的人体直立抗扰仿真研究

为研究人体踝关节平衡策略,实时观察踝关节的运动状态,搭建了基于OpenSim开源仿真软件的人体肌肉骨骼仿真平台,并验证踝关节肌肉反射控制在直立抗扰时的作用.首先,调整人体模型参数,使其可保持静态直立;然后,施加扰动,对踝关节采用肌肉反射调节,使其重新达到平衡.仿真环境下可得到踝关节力矩、角度和角速度等数据,通过对比人体实验结果,验证了仿真的有效性.     

惯性破碎机的运动特征及主要参数

为了保证惯性破碎机运转的稳定性,从分析机器稳定运转时的运动特征入手,建立动锥和环锥的力和力矩平衡方程,研究了惯性破碎机的动力学,提出了激振器的驱动功率Ｎ０、破碎力Ｐ和运动部件的动能Ｔ的计算公式,得出机器稳定运转必须满足α＞α０或ｓ＞ｓ０的结论,对于合理选择惯性破碎机的动力学参数具有实际意义．     

三轴旋转体的动不平衡模型的建立

在分析三轴旋转体的运动学和动力学方程的基础上,建立了旋转机械体的动不平衡模型,得出旋转机械体动不平衡力矩是加速度力矩、哥氏耦合力矩和离心耦合力矩之和的结论。三轴旋转体的动不平衡模型的建立,为消除动旋转机械体不平衡扰动提供了理论依据。     

积冰对飞机本体纵向非线性动力学稳定域的影响

积冰威胁飞行安全,研究积冰对飞机稳定性的影响对确保飞行安全具有重要意义。积冰导致飞机失速迎角降低,仅研究飞机在小迎角线性段的稳定性是不充分的,还需对其非线性动力学稳定域进行研究。首先,基于积冰条件下的飞机气动系数曲线,建立积冰飞机纵向运动的非线性模型;然后,根据非线性动力学理论构造出飞机纵向运动的稳定域边界,并利用时域仿真对稳定域边界进行验证;最后,通过对比无冰与积冰条件下稳定域的变化,分析积冰对飞机稳定域的影响,并将积冰对飞机稳定域的影响和其对气动系数的影响进行对比。积冰条件下飞机稳定域在俯仰角速度方向上收缩约20%,稳定域边界处的最大迎角减小约1°。研究结果表明,积冰条件下飞机稳定域的变化与气动系数的变化一致,积冰导致飞机的稳定域缩小,容易引起飞行事故。     

基于AnyBody仿真及有限元建模下的八段锦运动生物力学研究

以AnyBody仿真骨骼肌多体逆向动力学三元素肌肉收缩力模型及有限元法构建八段锦动作的三维胫骨模型，全面、客观地计算不同动作最大肌力峰值时刻的积分肌电、力矩、肌肉收缩等生物力学特性. 将10例健康青年八段锦志愿者的身高、体质量、髋宽、髋深、膝宽、踝宽等形态学数据作为约束条件，用AnyBody7.1.2软件导出八段锦8个动作下肢最大肌力指标，依据胫骨最大应力约束条件，用Minics 10.01、Geomagic studio 2013、ANSYS 19.2软件建构三维数据，添加AnyBody中的3个方向数据，分析并计算不同动作最大力的应力传导大小、分布规律. 研究结果表明:八段锦是左右对称性运动，双侧同块肌肉积分肌电值、肌肉力值无显著性差异，有利于锻炼双下肢稳定性及协调性，运动中人体需要通过移动来保持平衡，膝关节在垂直轴方向力最大，伸展力矩值最大；做八段锦运动过程中，髋关节主导发力肌肉为臀中肌，膝关节主导发力肌肉为比目鱼肌、股外侧肌、腓肠肌，踝关节主导发力肌肉为拇长屈肌；表面肌电验证是评价人体肌肉激活程度的主要方式，八段锦运动中胫骨前肌、腓肠肌、股直肌、股二头肌的肌肉活性仿真结果与积分肌电值具有较高的一致性.以AnyBody软件分析下肢动作特征和有限元软件建构的胫骨模型，适用于八段锦动作的动态研究，可为计算八段锦运动时动力学变化提供新思路与实践价值参考.      

基于降强法的拱坝坝肩动力稳定分析研究

拱坝坝肩动力抗滑稳定分析,关系到拱坝建设是否安全可靠及经济合理,具有重大的意义.结合工程实例,以有限元理论为基础,利用拱坝抗震研究的静动组合算法,首先在静力工况下求解出坝体作用于坝肩滑体的作用力,在此基础上,保持与静力工况同样的材料折减系数,施加由反应谱法得到的地震荷载,进行降强稳定计算,得出动力安全系数,为工程建设提供了设计依据.     

踝关节功能训练对女性着高跟鞋平衡能力的影响研究

探寻踝关节功能训练对女性着高跟鞋时的平衡能力的影响,旨在寻找切实有效的功能训练方法。随机选取成都体育学院18名普通女大学生,将其纳入训练组(T组)和对照组(C组),每组9人;T组实施为期6周的踝关节功能训练,每周5次,每次40 min,C组则保证日常活动但不实施干预。分别于实验前和训练6周后,采用Biodex Balance System测试仪和Helmas闭眼单脚站立测试仪,测定被试者的平衡能力。指标包括总稳定度指数(OS)、前/后指数(AP)、中间/侧向指数(ML)、完成时间(LOST)、总体方向控制得分(DC)、总平衡度指数、站立时间(左、右)。结果表明:踝关节功能训练可在一定程度上改善受试者的平衡能力,提示踝关节功能训练是一种有效的提高女性穿高跟鞋平衡能力的训练方法,具有较好的预防跌倒潜力。     

基于运动力学的头部碰撞问题物质点法模拟研究

为了探究人体头部碰撞动态响应问题,基于运动生物力学,采用新近兴起的物质点法,构建三种不同类型的模型,运用铅柱撞击头部的形式为人体头部施加冲击力,探究不同边界条件以及人体头部肌肉对于动态响应的影响。研究发现:头部肌肉可以扩大头部的受力面积,减小单位面积的受力强度,通过肌肉本身的应变有效地缓释冲击力,降低冲击力对于头部的直接伤害;但是,肩部的运动对于头部的影响较小,肩部对于头部主要起固定作用,并无法缓释冲击力。     

基于动态强度双折减系数法的滑坡灾变过程模拟

为了模拟滑坡的灾变过程,提出了动态强度双折减系数法,实现了对滑坡折减系数的合理分布,通过对李家湾滑坡灾变过程的模拟,分析了各个位移分量变化趋势。结果表明,位移突变以破积土前缘最为突出,依据应变累积速率的不同,可以将整个灾变过程划分为稳定状态、欠稳定状态和失稳状态。通过失稳判别和双折减系数的处理,对李家湾滑坡进行了稳定性评价。结果表明,动态强度双折减系数法评价滑坡稳定性偏于安全,经过处理得到的滑坡综合安全储备都要小于整体强度折减法的结果,但两者的结果相近,说明动态双折减系数折减在用于滑坡的灾变过程模拟和稳定性评价都是合理的。     

深厚覆盖层350m级心墙堆石坝动强度计算分析

以建立在深厚覆盖层上350 m级心墙堆石坝工程实例为据,探讨了该类位于强震区域和深厚覆盖层上的超高心墙堆石坝中敏感性材料（心墙料、反滤料和砂层）的动强度稳定性.计算过程中,首先采用三维建模软件依据坝体结构特点建立了三维有限元计算分析模型,进而利用可模拟坝体填筑、蓄水过程的邓肯E-B模型对坝体进行三维有限元静力分析,得到各土体单元的剪应力比和固结比,最后在静力分析结果的基础上,采用等效粘弹性模型确定坝体在极限地震荷载的动力响应,依据Seed提出的动强度判别标准对坝体内心墙料,上游反滤料及坝基砂进行动强度验算.计算结果表明,在极限地震荷载作用下,坝基砂不发生液化,而心墙料、反滤料动强度安全系数将不满足规范要求,须采取必要的抗震措施进行加固.     

选择性催化还原脱硝反应器数学模型及仿真

针对国内选择性催化还原(SCR)脱硝技术尚未成熟,对SCR反应器中主要的化学反应建立了集总参数动态数学模型,其中分别建立了催化剂表面NH,的吸附-解吸附质量平衡模型、反应器中各气体成分的质量平衡模型以及总体能量平衡模型.利用MATLAB仿真语言工具开发了SCR反应器的动态仿真模型,进行了模型的稳态计算.并在仿真模型的基础上进行了NO;浓度、温度扰动下的仿真试验,试验结果趋势正确,分析结果表明建立的数学模型具有较强的实用性.     

芜湖市耕地总量动态平衡及其可持续发展

保护耕地资源的根本途径之一是维护耕地总量动态平衡,通过对芜湖市耕地总量动态平衡的分析,探讨了耕地总量动态平衡的深刻内涵;不仅耕地的数量平衡,更要求是耕地的质量平衡与供需平衡等,继而澄清了对耕地总量动态平衡的模糊认识,为加强土地管理工作提供了科学的理论依据;同时,从实际出发,为推动芜湖市耕地资源的可持续发展提出了科学的发展对策。     

双钢板混凝土组合板在撞击荷载下的动力响应

为研究双钢板混凝土组合(SC)板的抗撞性能，本文采用ABAQUS建立了SC板在落锤撞击下的有限元模型，并通过已有SC板落锤撞击试验结果验证了数值模型的准确性.基于此，重点研究了构件钢板含钢率、撞击高度、材料强度、边界条件与撞击物形状等参数对该类构件动力响应的影响；最后利用简化能量守恒法计算了SC板跨中最大挠度.结果表明:在本研究参数分析范围内，钢板含钢率、撞击高度、撞击物形状与边界条件对该类构件动力响应影响较大，且当钢板含钢率大于4%时影响更加明显.建议的简化能量守恒法可有效预测SC板在撞击荷载作用下的跨中最大挠度.     

考虑支护作用影响的煤岩巷道变形非线性分析

根据非线性动力学理论,利用FLAC3D数值软件,建立三维计算模型,对锚网锚杆、U型钢支护和吸能支护条件下的煤岩巷道冲击变形规律进行数值模拟,再现深埋巷道变形破坏过程,研究不同支护作用对巷道变形动力响应的影响。数值计算结果说明,锚网锚杆(主动支护)对提高围岩体强度作用明显,但在冲击载荷作用下巷道围岩应力大,变形量也大,破坏程度严重;U型钢支护(被动支护)可有效提高巷道支护强度,冲击作用后同样表现出抵抗能力较差,巷道整体变形较大;吸能支护对于抗缓冲和吸收冲击能作用明显,表现为冲击应力大幅度降低,巷道变形量减小,整体稳定性显著提高。