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[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]
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] 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]
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]
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]
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]
张羽中 柳世强 张俊昌 朱荣
人体在行走、奔跑等运动时,在运动神经中枢的支配下,下肢运动存在一定的协调关系.这种协调性是生物进化和后天学习的结果,它使人体运动更加灵活、高效.研究健康人体的下肢运动协调性对于中风病人的康复治疗、足式机器人的步态规划、外骨骼机器人等助力设备的人机协同控制等领域具有重要意义.目前人体下肢协调性的研究仍比较初级,多停留在现象分析和理论表述,缺少准确实用的建模方法.该文利用可穿戴运动捕捉系统对人体下肢在行走和奔跑时的运动协调性进行测量和分析,基于神经网络模型提出大小腿运动协调性的建模方法.实验结果证明了大小腿运动协调模型的存在,基于该模型,可根据小腿的运动信息准确预估大腿和膝关节的运动信息.该研究结果可应用于康复医疗、机器人步态规划、智能助力设备等领域,将积极促进相关领域技术进步.
[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]
张雪松 陈金平 周鹏
为提高埋地管道力学响应分析的教学质量，突破理论和传统实验教学的局限性，培养新型土木工程领域人才，建立了基于数值模拟的占压埋地管道力学响应虚拟仿真实验平台，设计了正压和偏压作用下埋地管道的仿真实验。通过该虚拟仿真实验，向学生直观地展现了占压埋地管道力学响应，引导学生理解各因素变化对埋地管道轴向应力的影响规律，训练了学生利用理论知识建模和计算的能力，有助于培养学生分析和解决复杂工程问题的能力。
关键词：
占压荷载 埋地管道 数值模拟 虚拟仿真
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
邹能 钱丽华 黄书烽
为了认识熔融沉积成型机理,获得实验条件下打印零件的力学性能,该文使用ABS材料在不同成型温度下制备试样,并对试样做抗弯试验,获得了ABS材质在不同成型温度下的抗弯峰值力,并估算出成型件层间黏结的强度值。通过分析FDM试样的抗弯峰值力参数,验证了FDM成型的机理,获得了试样的抗弯峰值力数据。最后对比了ABS材质和PLA材质抗弯峰值力,由实验结果可知ABS材质成型温度提高对样件的力学性能更有利,PLA材质的层间结合力高于ABS材质,工艺性更好。
关键词：
熔融沉积成型 力学性能 层间黏结
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
邢碧滢 庞燕
根据GB/T4996-2014提供的方法,对瓦楞芯结构、R2型1 200×1 000二向进叉、双面使用、额定载荷为1 000 kg、用于货架存取和堆码的小径木通用平托盘分别进行了叉举试验以及堆码试验,目的是检测小径木通用平托盘样品的力学性能是否符合国家标准,为其市场推广提供理论依据。利用小径木制作托盘,既保持了传统木质托盘的优点,又响应了林业经济的可持续发展,并且符合绿色物流发展战略。本实验利用新材料制作了标准物流托盘,可缓解环境压力,实现降本增效。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李晓歌 王辉
人体区域网络通过传感节点采集人体生理信号,再将生理信号传输至监控中心,实现对病人智能化监控。节点的通信协议对节点能耗有重要影响,针对低功耗的生理传感节点,分析它们引用Wi-Fi和ZigBee技术的能耗性能。首先,设计人体生理信号采集系统,然后分析节点在各阶段的能耗数据,进而分析使用Wi-Fi和ZigBee技术传输数据时的能耗性能。实验表明,在低速率环境下,ZigBee技术比Wi-Fi技术的能耗更低,寿命网络更长,但是在高速率时,Wi-Fi技术的能耗更低。
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