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[期刊] 实验技术与管理
[作者]
万超 侯世杰 王伟 陈佳一
"理论力学"是力学、机械、航空航天等工科专业的核心必修课之一。然而,目前该课程的教学实验大多是原理演示或简单参数测量,不利于学生深刻理解专业知识、提升解决实际问题的综合创新能力。为解决上述难题,围绕人体运动这一典型的多刚体系统动力学问题,构建了基于假人仿真模型的自由式滑雪空中技巧运动生物力学教学实验,涵盖力学模型简化、拉格朗日方程构建、刚体惯性参数计算、动力学仿真软件应用等主要知识点和技能。该教学实验转化自"科技冬奥"重点研发计划的科研成果,具有前沿性、交叉性和综合探究性,有助于提升复合型拔尖跨学科人才的综合实践能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
罗晶 李思 唐必伟 向馗 庞牧野
为实现人体运动意图预测，该文提出一种基于粒子群优化（particle swarm optimization，PSO）算法优化回声状态网络（echo state network，ESN）的模型预测控制（model predictive control，MPC）方法。首先，利用运动捕捉系统获得人体动作运动学信息，通过OpenSim软件反解算获取动力学信息；其次，以动力学信息为输入，运动学信息为输出，构建人体骨骼肌肉系统的ESN模型，并利用PSO算法优化ESN模型的关键参数；同时，将线性化后的ESN模型作为MPC控制对象，通过运动学信息，反优化MPC目标函数，求解目标结果，完成对人体运动意图的预测；最后，通过比较实验验证了所提方法的有效性。该方法对人体运动意图预测及穿戴式机器人控制算法设计等相关应用研究与教学实践具有实际意义。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
颜兵兵 吴豪豪 毕冉 马常友 杜云明
强化人体生物力学性能分析能力有助于提高学生处理外骨骼机器人研究过程中解决人机共融技术问题的技术手段。该文以助力型外骨骼机器人为研究背景，基于OpenSim仿真平台提出了一个人体下肢生物力学性能分析的实验教学方案，以技术层、输入层、模型层和输出层体系结构为视角，梳理出由人体下肢运动信息采集到生物力学性能分析的实验仿真流程。使用OpenSim软件建立人体下肢参数化肌骨模型，经由逆运动学和逆动力学求解器获取下肢运动过程中的关节角与关节力矩，为助力型外骨骼的助力机制研究提供数据支撑。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
杜淑媛 徐越 郭传文 杨春
细胞与胞外基质相互作用产生的主动作用力叫牵引力，对这个力进行表征需要用细胞牵引力显微镜技术（traction force microscope,TFM），该技术主要是通过测量细胞外弹性基质的变形得到形变场，再通过反演算法重构细胞所产生的牵引力，为许多牵引力失衡所导致的疾病（如癌症、组织纤维化、动脉粥样硬化等）的机理探究、诊断与治疗提供重要的理论支撑和检测手段。该文将这一带有鲜明力学与生物学交叉特色，且具有巨大实际应用前景的先进实验技术引入了生物力学实验教学，并适配了相应的实验内容、实验流程及课程安排。
关键词：
细胞牵引力显微镜技术 前沿实验 实验教学
[期刊] 科技管理研究
[作者]
陈清霞 李忆湘
运动生物力学是研究人体运动力学规律的一门科学，它作为生物力学的重要分支，在现代体育科学体系中处于重要地位。尤其在计算机演算技术、传感技术以及人工智能等相关技术的带动下，运动生物力学在体育运动中的应用场景更广泛，其应用价值日益突出。文章结合《运动生物力学》一书，就运动生物力学在舞蹈训练中的应用展开探讨。
关键词：
《运动生物力学》
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
阿孜古丽·克热木 阿依古丽·喀斯木 滕勇 帕提古丽·艾合麦提 乌日开西·艾依提
以股骨干骨折的接骨板内固定方式为研究对象,开发了一个综合性的生物力学实验。在传统静态应变仪采集应变片数据的基础上,结合三维数字散斑动态应变测量系统分析接骨板固定骨折的股骨在压力载荷的作用下发生的变形、接骨板及骨上的应力分布特点。实验结果显示:当螺钉数量较少时,接骨板的弯曲变形增大,增加了接骨板塑性变形及疲劳断裂的可能性;骨折断口下侧的螺钉的应力明显高于上侧的螺钉,因过载导致塑性变形及疲劳断裂的可能性大。该实验有利于提高学生分析处理问题能力,激发了学生的科研积极性。
关键词：
生物力学 接骨板 3D打印
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
潘飞羽 贾炎冰 杨孟辉 吕逸飞 赵军 郝智秀 王人成
现有的卧姿康复机器人功能单一、使用率低。该文设计了仰卧踏车、仰卧抬腿、侧卧抬腿等典型卧姿训练动作测量实验,并基于Open Sim建立了卧姿肌肉骨骼模型,计算分析关节角度、肌肉激活度及其耦合关系,研究了卧姿康复训练时髋、膝、踝关节及其主要驱动肌群的变化规律,探讨卧床患者运动训练的康复机制,为相关康复机器人的运动功能设计提供了理论依据。结果表明:仰卧踏车具有更高的膝关节与踝关节活动度,但整体肌肉激活度表现较另2种动作偏低;其关节运动幅度越大,肌肉激活度越高。仰卧抬腿与侧卧抬腿分别对髋关节屈曲与外展活动度以及相关肌群有明显激活;抬腿速度越快,肌肉激活度越高,但相对于地面的水平位移量越大;抬腿角度变大时,肌肉激活度均值整体降低,相对于地面的水平位移量变大。该研究发现仰卧抬腿、侧卧抬腿、仰卧踏车运动对人体关节与肌肉的作用各有侧重,在临床上采用侧卧、仰卧等多种动作组合训练可以提高康复效果,康复机器人最好能提供更多的矢状面和冠状面康复训练功能。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
赵海洋 王金东 何富君 于德龙 文浩东
该文以曲柄滑块往复机构为研究对象，考虑运动副间隙因素，运用虚拟样机技术设计了往复机构动力学特性分析虚拟仿真教学实验。该实验项目构建了几何模型虚拟装配、动力学建模和实验数据结果分析模块，开展了运动副间隙、驱动转速和负载等多变量仿真实验，实验结果清晰展示了运动副间隙作用机理及其动力学响应规律。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
刘志侠 吴国振 于永强 王京 康智伟 董占伟 杨德旭 何凤宇
现有花生机械脱壳技术基本能够满足商品花生脱壳的质量要求，但由于花生品种的多样性及品类之间的差异性，机械脱壳的通用性较低，并存在较严重的脱壳损伤问题，满足不了花生种子脱壳的质量要求。为了解决机械脱壳损伤问题，研究生物特性与力学特性之间的关系，探索适合不同花生品类的机械脱壳特性，为进一步研究高性能花生机械脱壳原理提供重要依据。利用CT扫描技术分别对东北花生产区的两粒型主栽品种9616（大粒型）、青花308（中粒型）、花育23（小粒型）进行内部结构图像构建及关键生物特性参数采集，结合万能拉-压力试验台对花生荚果进行压缩，利用超景深显微镜对压缩后的裂纹发生状况进行观察，进而分析生物特性对其力学特性的影响规律。研究结果表明：花生壳最薄的位置在果腰处，裂纹多产生于此处，果腰处厚度大小依次为：9616(0.55 mm)>青花308(0.51 mm)>花育23(0.41 mm)。在不同放置方式下，花生壳厚度与破裂力呈正相关，花生壳厚度越大，破裂力越大。破裂力大小依次为：侧压>正压>立压，其中花育23的破裂力均最小；花生荚果破裂力的大小与花生壳主干纤维粗细相关，主干纤维越粗，破裂力越大。花生荚果受力时裂纹发生与含水率相关，含水率较低时易发生脆裂，含水率较高时不易产生裂纹；不同粒型花生荚果的仁壳空间占比依次为：青花308<9616<花育23。3种粒型的应变大小：青花308最大为0.1,9616次之为0.055，花育23最小为0.04。仁壳空间占比与应变呈负相关，仁壳空间占比较大时，应变较小。所获得的花生荚果生物特性与力学特性之间的规律对高性能脱壳装备的研发具有重要意义。
关键词：
花生荚果 生物特性 力学特性 裂纹延展
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
及金楠 吴智阳 姚安坤
以黄土高原半干旱区17年生的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林和17年生的侧柏(Platycladus orientalis)人工林为对象,通过单根拉伸试验研究了根系的抗拉强度和杨氏模量.结果表明,刺槐根与侧柏根的生物力学特性表现出显著的尺度效应.根系的抗拉强度与杨氏模量都随直径的增大而减小,且刺槐根的强度约是侧柏根的2倍.
关键词：
单根 抗拉强度 杨氏模量 刺槐根 侧柏根
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
李春华 张德琼 方益杭 尹文
自然灾害造成的经济损失包括直接经济损失和间接经济损失,而间接经济损失是刻画自然灾害强度、衡量经济系统脆弱性的重要指标,加强间接经济损失评估具有十分重要的意义。以2008年湖南省冰雪灾害为例,应用投入产出模型对灾害过程中电力供应故障对湖南省造成的经济影响进行评估,结果显示:2008年雪灾中的电力供应故障造成湖南省产业部门总产品的间接经济损失接近27.5亿元、总的增加值损失为7.99亿元。通过投入产出模型分析部门总产出的间接经济和增加值损失,有助于制定减灾政策和为社会的可持续发展决策服务。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
戚律 吴楠桦 钟璟
该文将密度泛函理论（density function theory，DFT）、溶剂化模型和化工过程分析与合成课程深度融合，针对乙腈-水二元共沸物萃取精馏设计分离进行仿真实验，使用类导体屏蔽片段活度系数模型（conductor-like screening model-segment activity coefficient，COSMO-SAC）溶剂化模型计算，基于乙腈对水的相对挥发度筛选目标离子液体（targeted ionic liquid，IL）。通过DFT计算及分子表面电荷密度曲线剖析离子液体与乙腈和水的微观相互作用，探究离子液体提升分离性能的作用机理。使用Aspen Plus和Matlab软件的遗传算法优化萃取分离离子液体工艺。该仿真实验融合了物理化学、化工热力学、化工原理和化工技术经济与管理等专业课程的前沿内容，将学科前沿理论与化工实践应用紧密结合，夯实学生专业基础，激发学生对学科前沿的兴趣，为培养化工复合型人才提供课程改进创新思路。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
樊超 李红岩 黄毅 付麦霞 杨铁军
设计了基于虚拟仿真的LTE阵列天线与传播模型创新实验平台,利用该平台既可实现阵列天线的基本原理和经典无线传播模型的基础验证性实验内容,也可以利用平台提供的二次开发功能,将学生自主设计的模型算法运用于LTE网络的区域覆盖规划,并通过仿真实际场景的覆盖效果对算法模型进行优化。该实验激发了学生的创新意识,提高了学生的创新能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
张静娜 张晔 王倩楠 乔梁 王莉 桑林琼 李鹏岳 邱明国
采用案例教学法，将具有较高临床应用价值的基于运动想象的脑-机接口案例引入课堂，并根据课程内容将案例分解为四个子任务：生物医学信号预处理、生物医学信号谱估计、生物医学信号时频分析及生物医学信号模式识别。每个子任务与理论知识教学同步进行，且逐层递进。学生按步骤在实验课上完成设计实践，并在第二课堂以课外兴趣小组形式完成拓展创新。教学实践表明，基于运动想象的脑-机接口案例教学实验设计，能够使学生实现从理论知识到实践应用的自然过渡，有效调动学习热情、提高学习效果。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王伟 陈柏霖 万超 王正平 王辉
针对冰雪运动员训练时各体段及主要关节容易受伤的隐患,设计了智能穿戴式冰雪运动装备运动风险实验研究平台。平台以"基础研究—技术与装备研发—应用示范"全链条一体化实施为前提,建立冰雪运动员的运动学和动力学模型,通过研究适合各冰雪运动假人的力传感器、六轴IMU布置方案、基于惯性运动单元的坐标转换与姿态解算算法、卡尔曼滤波算法等,实现高速多模态数据采集。可为我国冬季项目竞技体育与大众体育的运动装备评价提供科技储备与平台支撑,同时为力学、制导控制相关专业的本科生及研究生培养提供了良好的实验条件。
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