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[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]
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]
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] 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] 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] 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]
朱晓波 张盼盼 李望
文章设计了利用柠檬酸处理赤泥进行高效脱碱的环境化学综合实验项目。该实验内容包括:利用柠檬酸搅拌浸出脱碱,赤泥和脱碱渣的化学成分、物相组成和表面形貌分析,以及浸出动力学数据拟合等。该实验操作简单、贴近实际、现象明显,有利于对学生环保意识、科研能力和创新意识的培养。
关键词：
综合实验 脱碱 浸出动力学 柠檬酸 赤泥
[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]
吴建松 康凯倩 韩兆星 杨林 胡祝强
为了系统分析低温作业环境下人体生理反应和认知反应的变化规律,设计了可测量、分析低温环境下人体生理反应及认知反应情况的实验方案,包括实验内容及流程、实验设备设施、人体生理反应及认知反应测量指标等。该实验利用人工环境舱模拟低温环境工况,包括温度、湿度、风速等环境参数,同时参考国际标准利用跑步机运动模拟作业强度。该实验可有效分析了低温环境工况(温度、湿度、风速)及作业强度等因素对人体生理反应和认知功能的影响,有助于深入了解低温环境下作业人员的生理及认知反应特点,从而为减少人体冷应激损伤提供理论依据。
关键词：
生理反应 认知反应 实验设计 低温环境
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
陈净莲 李文彬 赵晓晓
为了评价森林灭火作业水囊背负时操作人员的脊柱受力,优化水囊背负的参数,建立了背负水囊与脊柱一体的生物力学模型,分析了背负水囊的质量、重心位置及人体背负姿势对第五腰椎与骶椎椎间盘L5/S受力的影响,并提出了有效减轻脊柱受力的水囊背负措施。结果表明:水囊的质量、重心位置和人体背负姿势均对L5/S内压有较大影响;为了保证脊柱受力安全,水囊背负质量应小于29kg;前屈姿势背负状态下,当人体上半身轴线与水平面夹角θ小于71°背负时,L5/S内压比直立姿势和θ大于71°的稍微前屈姿势背负时急剧增大,因此应尽量避免过度弯腰背负。
关键词：
森林灭火作业 水囊背负 脊柱 生物力学
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
闫红梅 张鸣 李远征
根据连续系统和离散系统稳定性的判定准则,利用Matlab GUI设计了系统稳定性分析实验,给出了主要回调函数代码。用户只需输入系统函数的分子、分母系数向量,即可自动绘制出系统零极点图,进而根据极点位置判断系统是否稳定。该实验界面友好,操作简单,可应用于系统分析和系统设计的教学与实验。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
岳思阳 李新欣
以建筑声学理论知识点为基石，将声景观、环境行为研究等学科热点以及声漫游法、主观评价等科学研究手段有机融合，设计了基于主客观分析方法的室外声环境实验，并在建筑学本科建筑声学实验教学中进行了实施。与传统建筑物理声学实验相比，该实验具有综合性、探究性特点，能够使学生对声环境不仅与声音大小有关还与声音的种类和构成有关的概念有了更直观的认识。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
谭穗妍 林芳 翁嘉文 李凌燕
设计了一款可在实验室供学生演示和学习激光多普勒效应的实验装置。激光多普勒实验装置利用分立的光学元件搭建迈克耳孙干涉光路,干涉光路中采用两束具有频差的激光束平行叠加形成光拍来实现激光多普勒效应的演示,在Matlab环境下利用时频分析工具对差频信号进行分析,开发了基于激光多普勒效应的振动测量系统。
关键词：
多普勒效应 时频分析 光拍
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