行人下肢高精度数值模型与损伤参数研究

为了深入研究汽车-行人碰撞过程中下肢的生物力学响应和损伤机理,基于人体解剖学结构建立了具有完整下肢组织结构和高仿生精度的成年男性行人下肢有限元模型.包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨等下肢骨骼以及皮肤、肌肉、韧带、关节囊、半月板等重要软组织.针对长骨骨干断面几何不均匀的特征,提出以CT断面影像数据为依据,建立以真实皮质骨内外表面为边界实现皮质骨断面厚度和形状连续变化的长骨数值模型,对不同建模方式进行了对比,采用两层实体单元模拟皮质骨以获得相对较高的计算精度和计算效率.通过模拟相关生物力学实验,获得了行人下肢各部位的损伤参数,分析了皮质骨厚度变化以及不同撞击方向对下肢损伤参数和损伤机理的影响.上述损伤参数的获得可为我国汽安全性设计提供参考.     

利用运动准备电位的人体下肢自主运动意图预先感知方法

针对下肢外骨骼机器人穿戴者的运动与机器人本身响应之间存在时间迟滞而导致控制实时性差的问题,提出了一种利用运动准备电位(RP)的人体下肢自主运动意图预先感知方法。首先,根据人体下肢运动的脑电(EEG)产生机理和耦合神经元集群模型仿真了下肢产生运动意图时大脑运动皮质区的RP响应,验证了下肢产生运动意图时其EEG中存在RP;其次,利用下肢肌电(EMG)确定了下肢自主运动的起始时刻并完成EEG中自主下肢运动事件的触发标记,同时利用多元经验模式分解(MEMD)方法去除了EEG中的运动伪迹成分,进而利用叠加平均法和模板匹配法实现了下肢自主运动的RP提取及其运动意图的预先感知;最后,搭建检测系统进行实验验证。实验结果表明:该方法可在离线情况下于人体下肢自主运动开始前约120 ms实现下肢运动意图的预先感知,其平均识别正确率为74.4%。该方法实现了人体下肢自主运动意图的预先感知,可为外骨骼机器人的柔顺控制提供信息提前量。     

行人下肢有限元模型的建立与验证研究

下肢损伤是行人与车辆碰撞事故中的主要损伤形式之一,建立具有较高生物逼真度的行人下肢有限元模型,可以为下肢保护提供有效的研究手段.在下肢长骨(股骨、胫骨、腓骨)、韧带(ACL,PCL,MCL,LCL)及膝关节得到全面验证的基础上,建立了包含骨骼、韧带、肌肉及皮肤等详细解剖学结构的行人下肢有限元模型,并定义了各组织间的接触.利用行人下肢弯曲的生物力学实验,对下肢有限元模型进行了整体弯曲验证.结果显示,下肢有限元模型的损伤形式、损伤发生时刻、膝关节弯矩和弯曲角度均与实验结果吻合较好,能够较真实地反映行人下肢的损伤和生物力学响应,具有较好的生物逼真度.     

基于最小二乘法的步态机器人运动轨迹辨识

运动轨迹辨识是机器人研究领域中的一个热点问题,运用最小二乘法对步态机器人的运动轨迹进行研究.测量并计算了人体步态特征参数;在此基础上,通过曲线拟合的方法,为下肢各个关节部位建立相对应的数学模型,得到了步态机器人运动轨迹的整体数学模型;最后,利用得到的数学模型表达式验证了文中所提研究方法的可行性与有效性.     

油门踏板对驾驶员下肢损伤的影响

汽车正面碰撞中驾驶员脚部与油门踏板直接作用,其力学性能是影响驾驶员下肢损伤的重要因素之一.然而,现阶段在对驾驶员下肢损伤的仿真研究中,油门踏板常被忽略或者使用刚体模型模拟,不能准确反映踏板对驾驶员下肢的作用情况且无法研究踏板断裂吸能对驾驶员下肢损伤的影响.针对这一情况,文中建立了详细的油门踏板有限元模型,并通过6组踏板部件实验充分验证了模型的有效性.基于该模型研究了踏板摩擦系数、旋转刚度、踏板行程、踏板侵入量和断裂扭矩等参数对驾驶员下肢损伤的影响.结果表明,油门踏板断裂扭矩对驾驶员下肢损伤具有显著的影响,降低踏板断裂扭矩能够有效地降低驾驶员胫骨力和胫骨指数,进而降低驾驶员下肢损伤的风险.研究结果指出了可断裂式踏板设计对驾驶员下肢损伤防护的意义,并为油门踏板结构设计提供参考.     

人体下肢有限元动力学分析模型的建立和验证

为了研究行人碰撞事故中人体下肢的生物力学响应和损伤机理,建立了一个人体下肢有限元模型．模型按人体解剖学结构建立,由髋骨、股骨、胫骨、腓骨、膑骨、足骨、韧带、腱、关节囊以及髋关节、膝关节和踝关节构成．采用了壳单元和线性弹簧-阻尼单元来模拟骨骼和软组织．模型的边界和载荷条件根据汽车行人侧碰撞实验条件确定．通过比较仿真和实验在横向碰撞载荷条件下的剪切、弯曲响应结果,验证了模型的生物逼真度．分析了在不同加载条件下有限元模型的生物力学响应和应力分布,以及与下肢损伤风险的关系．     

肌电信号控制下肢假肢的机理

阐述了肌电信号用于生物控制的控制原理,并根据其特点把其作为控制下肢假肢的信号源;通过分析下肢的动力学模型,对肌电信号控制下肢假肢的机理进行了分析和研究.     

抽采钻孔损伤机理分析及高效封孔材料研制

为明晰钻孔破裂区漏气的本质原因,考虑煤岩的非均质性及瓦斯渗流作用,采用理论分析和数值计算方法,构建煤层钻孔围岩损伤数学模型,探讨煤层瓦斯抽采钻孔的损伤破裂机理.研究结果表明:提出的数学模型可较好地描述煤岩的损伤破裂;由于煤岩的非均质性,钻孔周边的损伤区域并非均匀分布,渗透率损伤区域呈现类似裂隙发育的形态;孔内支护压力可提高钻孔稳定性,减少钻孔围岩损伤区域,渗透率的损伤情况显著得到抑制.研制一种膨胀型高效封孔材料,与传统水泥材料相比该材料可产生显著的膨胀力.工业试验表明:采用该封孔材料可使得瓦斯抽采浓度提高约10%.研究结论显著改善了瓦斯抽采效果.     

静电放电作用下双极型硅半导体晶体管仿真分析

为了研究静电放电对双极型硅晶体管的损伤机理,针对典型的NPN结构的双极型晶体管,运用Medici仿真软件建立了器件的仿真模型。从器件内部电流、电势、电场强度和电流密度分布变化的分析出发,研究了在静电放电电磁脉冲作用下其内在损伤过程与机理。通过仿真分析,一方面验证了该类器件对ESD最敏感的端对为CB结,而不是EB结。另一方面发现ESD对该类器件的损伤主要是过热损伤模式,损伤机理为热二次击穿。但两者机理有所不同：对于高掺杂的发射结反偏时先是发生了齐纳击穿,而后发生雪崩击穿,属于软击穿;而低掺杂的集电结反偏时只是发生了雪崩击穿,属于硬击穿。     

超短脉冲激光烧蚀熔融硅的理论模型

在Fokker_Planck方程的基础上,对超短脉冲激光烧蚀熔融硅的机理进行分析研究,建立了雪崩电离、多光子吸收电离导致的熔融硅烧蚀机理的数学模型。其计算得出的激光能量密度和临界烧蚀阀值与实验结果很好的吻合,定量解释了超短脉冲激光对熔融硅烧蚀损伤微观过程的影响。     

边坡失稳系统的固流耦合模型

在考虑边坡岩体物理力学性质不均一性及地下水渗透力分布不均匀性的条件下,将边坡失稳作为一个系统来定性地分析其在失稳过程中的机理,建立了边坡失稳系统固流耦合的数学模型,并结合算例分别对应力和位移进行了耦合分析,从而验证该数学模型的可靠性。     

人体下肢活动的生物力学研究

本文研究的目的是通过下肢数理模型,不同姿势起跳人体重心轨迹变化,下肢主要肌肉肌电活动以原地纵跳为例进行综合性研究,揭示其内在规律,为体育教育,运动训练,选才提供生物力学基础。研究对象为１０名男性运动员,年龄为２０岁,用ＪＴＩ－肌电仪测定下肢肌肉的肌电,用Ｂｏｌｅｘ摄影机以每秒６４幅频率拍摄原地起跳动作。     

下肢外骨骼矫形器运动学分析

基于减重步行训练原理,研究下肢外骨骼矫形器康复系统.针对下肢康复训练机器人不存在固定基座,利用常规的方法进行运动学分析较困难的问题,引入参考坐标系的坐标变换矩阵,建立下肢康复训练机器人运动学模型,推导出步行训练机器人正逆运动学公式.最后规划步态轨迹,利用ADAMS软件进行运动学仿真和双腿外骨骼矫形器样机试验,验证了运动学模型及其推导公式的正确性.     

基于不同摄像机配置的空间点检测模型及精度研究

针对空间点检测问题给出了一种简便而精确的空间点检测方法并建立了实验环境下的数学模型,提出了视差为零时,所测得的空间点深度最接近真实值的假设,并得到如下结论：给定空间点,深度不变,基线越短,光轴的夹角越小；深度改变时,基线一定,则深度越长,夹角越小。推导出在不同基线、不同深度下摄像机光轴之间理想夹角的数学模型并通过实验进行了验证。该方法对实际双目检测系统的摄像机配置有一定的指导作用。     

循环流化床主蒸汽压力的模糊控制

提出一种新型模糊自适应PID汽压控制系统的设计方案,采用模糊规则粗调与微调相结合的方法,能够对时变、非线性和复杂的被控对象进行较为有效的控制。结果表明,用这种方法建立的汽压控制系统具有较好的控制品质和较强的自适应能力。     

步行中下肢关节动力学以及表面肌电的研究综述

步行是我们日常生活中最为普遍的运动,要想深入地了解这项运动,必须对行走过程中控制人体运动的关节力矩进行分析。单纯的运动学或动力学研究不能准确揭示出人体步态所蕴藏的生命信息,因此,从关节动力学角度结合表面肌电研究人体步态已成为当前研究的热点。通过多环节运动的动力学方法可对下肢关节动力学指标进行分析与探讨。目的：综述人体运动中下肢关节力矩、关节功率等关节动力学参数变化,以及肌电相关指标的变化。方法：检索PubMed和中国知网数据库中有关步行时下肢关节动力学的文章。英文检索词为Joint kinetics;Walking;sEMG,中文检索词为“关节动力学;步行;表面肌电。”结果与结论：目前对于人体步行中下肢关节动力学的研究：在研究指标上,单一指标的研究较多,多指标的综合研究不足。在研究对象上,针对青年人群和步行障碍患者的研究比较多,对老年人和儿童的相关报到较少。在研究内容上,针对背部负重行走的步态研究居多,对负重损伤的力学机制研究较少,在研究结果上,一些结论之间相互矛盾,负重影响人体步态的确切机制仍然模糊不清。     

步态自主平衡行为的下肢神经肌肉力学分析

针对步态过程滑移后的自主平衡恢复行为,建立了基于神经肌肉力学理论的下肢行走多杆动力学模型．利用该模型对步态滑移现象发生后的自主平衡恢复过程进行了定性分析,给出了步态自主平衡恢复行为中的主控参数,并对自主平衡恢复过程中下肢肌群的功效进行了讨论,计算了自主平衡恢复行为中的下肢肌群主控参数．两组不同受试者的滑后自主平衡恢复实验结果表明,该步态模型可用于分析滑跌后的自主平衡行为特征．     

相界特征对矿物单体解离度的影响

采用模拟方法，用人工二元矿物系模拟双组分自然矿物连生体，研究了分散解离条件下，相界特征对矿物解离的影响及影响的机理．结果表明：界面形态特征对矿物单体解离的影响遵循相界面积守恒定律．通过曲线拟合，建立了相界面分维数与单体解离度之间的数学模型，该模型可用于评价相界特征对矿物解离的影响程度