足部生物力学模拟的有限元方法

针对1999年以来的研究,从足部疾病、步态分析、踝关节生物力学、跟骨应力分布、鞋垫对足底影响等方面的应用研究以及足部有限元建模方面进行综述。提出未来研究的重点。分析当前研究的困难和不足。指出困难在于足部结构的合理定义和适用的有限元方法,不足是缺乏多学科的协同工作和足部结构动态模拟时没有应用柔性多体系统动力学。     

几种运动生物力学分析系统的研究

本文通过查阅文献,对国内外常用运动生物力学分析应用系统进行研究。对目前几种运动图像分析、三维测力台、步态分析等系统进行介绍,并将几种运动图像分析系统进行简单比较,对如何选用运动生物力学分析系统提供有益的借鉴,同时对目前国内的运动生物力学分析系统的现状做简单总结,并提出了希望。     

生物力学分支之一——生物软组织固体力学简述

简介了国内外生物力学的发展动向,初步阐述了生物软组织和固体力学的关系。针对生物软组织的变形,研究了生物软组织的力学特点:既是材料的非线性,又是几何的非线性问题。给出了静脉和肺泡壁计算的拉普拉斯方程。引入模拟应变能密度函数,指出了动脉及左心室的应力解析步骤。为生理、解剖、医疗提供了科学依据。     

自适应遗传算法用于心肌细胞运动矢量检测

心肌细胞的搏动是一种弹性运动,通过对搏动过程中特征点的运动矢量检测,可以获得细胞收缩的生物力学特性．对数搜索、三步搜索等快速搜索算法都依赖于匹配误差单调减小这一假设,而这种假设在许多情况是不真实的,这就导致图象匹配仅仅收敛于某些局部优化值．在经典遗传算法的基础上,作者提出了自适应交叉算子扣变异算子,应用于柔性运动矢量检测．解决了心肌细胞序列图象特征点的运动矢量检测问题。     

后碰撞中乘员颈部肌肉有限元模型的建立与验证

建立并验证了具有主动力响应的乘员颈部肌肉有限元模型,用于研究颈部肌肉主被动响应对后碰撞载荷下乘员头颈部动力学响应及颈部损伤的影响.运用50百分位成年男性颈部的MRI数据重建了人体颈部肌肉三维数值模型,采用克里格插值方法将其与头颈基础模型进行匹配.肌肉材料定义采用Ogden材料和Hill材料相耦合的办法以分别模拟肌肉的被动和主动特性.根据Davidsson等人开展的后碰撞台车志愿者试验数据对该颈部肌肉模型进行了验证.结果表明,肌肉激活状态下与未激活时比较,头部质心相对T1位移减小了12mm,头部角位移减小了4°,肌肉主动力影响显著.该模型的数值模拟结果与志愿者试验结果吻合较好,模型具有较高的生物逼真度,可应用于后碰撞中的乘员颈部损伤研究.     

双杠“希利夸尔”的生物力学分析

双杠“支撑后摆经倒立前翻一臂支撑转体360°成支撑”,是由美国运动员希利夸尔创造的。在男子国际体操评分规则中简称为“希利夸尔”被定为D组难度。具有勇敢性和独特性加分因素,己为国内外体操名将所采用,并取得了优异的成绩。而我国运动员不仅选用该动作的人数很少,完成动作的难度被贬值,而且连接动作简单,质量不高。本文以我国体操名将童非做为研究对象,对其在第五届全运会上完成的动作进行定点拍摄,对该动作的技术做生物力学分析。同时观察优秀运动员的训练比赛,访问有经验的教练员和科研人员,阅读国内外有关文献资料,阐明该动作的技术原理,为运动训练提供理论依据。     

基于CT图像构建听骨链三维有限元模型

目的:初步探讨中耳听骨链传声机制的力学特点。方法:采用1例听力正常者CT图像,建立中耳的三维有限元模型,进行中耳力学分析,观察不同频率下中耳主应变、主应力和位移的变化。结果:低频和中频中耳主应变、主应力变化较大,而在高频阶段变化并不明显,其中200 Hz和在1 000~2 000 Hz阶段变化最为明显,中耳主应力与主应变变化趋势相一致。当刺激音高于2 000 Hz时,中耳听骨链没有位移产生。结论:通过中耳有限元模型可以无创性地研究听骨链传声机制,有利于术前及术后对听骨链进行临床评估。     

Bionic jumping dynamics of the musculoskeletal leg mechanism for quadruped robots

As the pneumatic artificial muscle(PAM) has flexibility properties similar to biological muscle which is widely used in robotics as one kind of actuators,the bionic mechanism driven by PAMs becomes a hot spot in robotics.In this paper,a kind of musculoskeletal leg mechanism driven by PAMs is presented,which has three joints driven by four PAMs.The jumping movement is divided into three phases.The forward and inverse kinematics of the leg mechanism in different jumping phases is derived.Considering the ground reaction force between feet and environment,the dynamic in different jumping phases is analyzed by Lagrange method,then the relationship between PAM driving force and the joints angular displacement,angular velocity,angular acceleration during one jumping cycle is obtained,which will lay a foundation for the jumping experiment of the musculoskeletal leg mechanism.     

运动生物力学中力学和生物学的辩证关系例析

运用运动生物力学知识研究人体运动时,会出现一些力学和生物学之间的矛盾.对这些矛盾进行深入思考和研究,对促进运动生物力学学科的发展具有重要意义.本文通过几个例子来分析两者的辩证关系,说明应用运动生物力学知识分析人体运动,既有力学的特点,又有生物学的特点,两者对立统一.     

下颌第一前磨牙接触生物应力与仿真分析

口腔隐形矫治过程中,正畸医生主要根据经验法,或通过患者试穿戴情况及时调整隐形矫治器,确定分步矫治方案,此方案缺乏矫治过程中矫治器与牙齿接触产生的复杂矫正机理和生物力学理论研究.对此,从接触力学计算和仿真实验两方面展开隐形矫治生物力学研究;建立了矫治器与牙齿赫兹接触模型,从弹性、弹塑性和塑性三方面分析计算接触部位的接触面...