外骨骼助力负重中下肢肌肉收缩与协作机制

为了评估助力外骨骼人机交互性能,探索更优的外骨骼人机结构和人机协调控制策略,通过实验评估了9名健康男性在常规负重和外骨骼助力负重行走中,下肢肌肉平均活动、肌肉成对收缩指标和肌肉整体协调机制的特征与变化. 实验结果表明:外骨骼助力增加了肌肉平均活动,尤其是踝关节跖屈肌腓骨长肌,显示了当前外骨骼在踝关节/脚部位的人机界面设计存在缺陷;降低了成对肌肉的平均收缩指标,增大了肌肉收缩范围;肌肉模块化协作复杂度相似,解释方差水平值分别为95%和96%,但常规负重下的模块仅能描述外骨骼助力时83%～91%的肌电变量,这表明人体在外骨骼助力下不会单一地依赖中心控制和模块控制来协调肌肉活动,而是采取灵活且有规律的神经肌肉调节机制;肌间协作权重和肌肉激活尺度系数呈完全不同的形态,采取了与常规步态下完全不同的控制策略;进一步设计踝关节/脚人机交互界面,参考助力下神经肌肉调节机制规律来设计人机交互策略,将提高外骨骼人机可用性和人机交互性能.      

人股骨生物力学特性的三维有限元分析

目的　了解股骨头颈部的力学分布以对临床股骨颈骨折治疗进行指导。方法　应用大型有限元分析软件ABAQUS建立人体股骨的三维有限元仿真模型 ,对该模型进行各种分析。结果　载荷的传导主要通过压力骨小梁和股骨距由股骨颈区传至股骨干的中下 1 /3处 ;当外界暴力作用时 ,应力主要集中在股骨上段 ,即股骨颈中下段和大小转子处及其之间。结论　股骨颈处的压力骨小梁和股骨距是重要的承载结构 ,内固定物的放置应循压力骨小梁方向尽量紧贴股骨距钻入 ;外展肌力的收缩对髋关节有一定的保护作用。     

基于数值方法的超深竖井围岩力学特性变化规律研究

依托洞宫山隧道送、排风竖井,采用理想弹塑性材料本构关系及莫尔一库伦屈服准则,建立了三维有限元模型,对围岩受力及变形特征进行了分析．给出了围岩的应力与位移分布特征以及竖井周边特征点的变形大小．同时,把竖井简化为三维平面轴对称受力模型．利用弹性力学知识解答,得到了解析解．通过解析解与数值模拟的结果对比分析,得到了竖井围岩的变化规律,为超深竖井的施工提供参考．     

封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响,基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程,选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况,开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验,从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明:不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同,其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力;封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大,管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%;封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显,易出现较大的纵缝张开,而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小,仅为前者的53.3%,且连接螺栓受力减小了54.4%;封顶块位于拱腰时,管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小,管片内部主筋更早进入受拉状态;封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大,在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.      

青少年脊柱侧弯矫形器的设计方法研究

为解决青少年脊柱侧弯问题,简化矫形器设计过程和制作周期,以某一脊柱侧弯患者为例改进矫形器设计方法,采用三维人体扫描系统对其数据采集,运用逆向工程方法,基于该患者的体廓点云数据,构建了人体胸腰段的三维模型;依据三点受力原理,数字化设计了脊柱侧弯矫形器,并对其进行虚拟装配;装配结果表明,矫形器与患者体廓吻合度良好;该方法为矫形器数字化制造提供了理论依据及技术支持.     

青少年脊柱侧弯矫形器的设计方法研究

为解决青少年脊柱侧弯问题,简化矫形器设计过程和制作周期,以某一脊柱侧弯患者为例改进矫形器设计方法,采用三维人体扫描系统对其数据采集,运用逆向工程方法,基于该患者的体廓点云数据,构建了人体胸腰段的三维模型;依据三点受力原理,数字化设计了脊柱侧弯矫形器,并对其进行虚拟装配;装配结果表明,矫形器与患者体廓吻合度良好;该方法为矫形器数字化制造提供了理论依据及技术支持.     

基于ANSYS的某车架尾部拉力作用强度分析

对某型牵引车车架尾部在拉力作用下进行静态强度校核。在SolidWorks2009软件中建立该车车架后半部分结构的三维模型,导入ANSYS12．1软件并对该车架有限元模型在拉力作用下进行静态强度分析,得到车架在受力情况下的应力状况与变形情况,经校核,该车架强度满足要求。     

船舶电站锅炉汽包的吊带约束处理方法探讨

以船舶电站锅炉汽包含吊带和不合吊带模型为例，采用有限元分析软件ANSYS，对其相应的部位节点上的应力进行比较分析．结果发现：含吊带模型和不合吊带模型在不考虑重力作用时受力基本相同，可以视为等效．从而为运用有限元分析相关的锅炉汽包具体模型提供了一种思路．     

非对称独塔斜拉桥塔梁墩固结区横向分析

为研究斜拉桥塔梁墩固结区横向受力情况,指导和优化设计,以某非对称独塔双索面斜拉桥工程为背景,介绍了塔梁墩固结区结构形式,建立了塔梁墩固结区横向有限元模型,分析横向框架结构在各种荷载工况下的应力情况。结果表明:塔梁墩固结区横向结构在温度、收缩徐变以及风荷载等作用下产生较大次内力,桥墩及基础的设计需综合考虑纵横向受力情况;塔梁墩固结区受力合理,可为同类工程提供借鉴参考。     

铁路箱梁运架施工受力分析

以宁安线、青烟荣线城际铁路工程实例,结合运架梁过程中的多种施工机械,对预应力混凝土简支箱梁在施工阶段进行了分析和讨论．重点分析箱梁整体结构强度、抗裂等安全系数指标,箱梁受力分布特性,钢筋应力、裂缝等情况．     

Upper limb musculo-skeletal model for biomechanical investigation of elbow flexion movement

A biomechanical musculo-skeletal model of upper limb is presented in this paper, which can provide accurate representations of muscles and joints, and capture important interactions between joints. The upper limb model is made up of seven segments: ribs, sternum, clavicle, scapular, humerus, radius and ulna, considered as a single rigid body respectively and includes 22 muscles. The individual muscle forces can be calculated by using an electromyography (EMG) assisted method, which is verified by comparing the simulation results with other researches of an elbow flexion motion. These comparisons show that the muscle forces and the estimated joint moment match well with previous literatures.     

Dynamic Simulation Analysis of Humanoid Robot Walking System Based on ADAMS

Humanoid robots are a hot topic in the field of robotics research. The walking system is the critical part of the humanoid robot, and the dynamic simulation of the walking system is of great importance. In this paper, the stability of the walking system and the rationality of its structural design are considered in the study of dynamics for a humanoid robot. The dynamic model of humanoid robot walking system is established by using the Lagrange dynamics method. Additionally, the three-dimensional model of CATIA is imported into ADAMS. The humanoid robot walking system is added with the movement of the deputy and the driving force in the ADAMS.The torque and angular velocity of the ankle joint and hip joint are analyzed in the process of knee bends. The simulation results show that the overall performance of the humanoid robot walking system is favorable and has a smooth movement, and the specified actions can be completed, which proves the rationality of the humanoid robot walking system design.     

基于ABAQUS的RC框架顶层端节点有限元分析

简述了一个RC框架顶层端节点在ABAQUS中的建模过程。采用混凝土损伤塑性本构模型,对节点模型进行了单调加载下的有限元分析。通过非线性分析结果与实验结果对比,研究了顶层端节点的受力机理,考察了混凝土强度,纵筋强度,配箍率等因素对节点受力性能的影响。     

基于物理参数的转向架定位橡胶节点动力学建模

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究; 为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性, 采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性, 采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性, 采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别; 对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验, 验证了动力学模型的有效性; 在SIMPACK软件中定义自编力元, 进行车辆动力学性能分析, 有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明: 橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系, 硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍; 载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大; 橡胶垫的轴向和径向刚度解耦, 分别受高度和内外径尺寸影响, 橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m-1·mm-1; 定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化, 定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m-1·mm-1; 采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%, 说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。      

盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型; 考虑复合管片材料的非线性, 采用弹塑性本构模型, 分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性; 根据HC升温曲线, 分析了接头模型的传热特性, 研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明: 采用高强螺栓能够有效减小接头张开量, 增大接头刚度; 在采用高强螺栓的情况下, 斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服, 屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大, 但对斜螺栓变形影响较大, 当接头负弯矩从7 kN·m增加到122 kN·m, 接头轴力从368kN增加到734 kN时, 斜螺栓最大应变增加1.6倍, 当接头正弯矩从53 kN·m增加到182 kN·m, 接头轴力从903kN增加到1 056 kN时, 斜螺栓最大应变增加5.9倍; 常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布, 除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等, 约为400MPa, 接缝处轴应力绝对值最大值可达700 MPa; 火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高, 80 min时即可达到1 000 ℃, 接缝处混凝土在100min后达到稳定温度, 螺母处混凝土在150 min后达到稳定温度, 稳定温度均为1 000 ℃左右。      

半整体式桥台无伸缩缝桥静力分析

为了克服桥梁伸缩缝病害,考虑了桥梁上部结构、下部结构和基地土的共同作用,建立了半整体式桥台无伸缩缝桥的静力计算模型。以一座长100 m PC连续箱梁桥为例,对该桥在重力、车辆和季节性温度变化荷载作用下进行了弹性大变形分析,对相应的有伸缩缝桥和整体式桥台无伸缩缝桥分析结果进行了对比。结果表明:半整体式桥台无伸缩缝桥主梁的弯矩、剪力、挠度和下部结构的轴力与有伸缩缝桥接近,但主梁中出现了轴力,下部结构弯矩和剪力较有伸缩缝桥大,说明半整体式桥台无伸缩缝桥消除了伸缩缝的病害,结构整体刚度大,是一种有应用推广价值的桥型。     

泥石流运动力学研究现状及趋势

对泥石流力学模型转化机理、动力特性及动力学试验进行综合分析及评价。分析表明:各种力学模型的适用条件有一定的局限性;动力特性中流速、流量、冲击力及磨蚀力的计算大多属于经验公式,这些公式的适用范围只限于某一地区或某一类型的泥石流,地区性很强;泥石流动力试验设备的未能及时采集有效的动力瞬时数据。针对上述问题,提出发展思路:研发及创新泥石流动力试验设备,通过量测泥石流瞬时流速,利用频谱分析,建立泥石流流速谱,冲击力谱等重要运动参数,从而揭示泥石流运动机理。     

沙棘总黄酮对豚鼠心室肌电活动的影响

本文采用细胞内固定微电极技术观察了沙棘总黄酮对哇巴因诱发的心律失常模型和豚鼠心室肌正常电机械活动的影响。结果表明,沙棘总黄酮可抑制哇巴因诱发的心室肌振荡后电位,降低哇巴因诱发的心室肌自发电活动频率,使心室乳头状肌动作电位复极50%的时程(APD_(50))缩短,同时还观察到在沙棘总黄酮的作用下,乳头状肌收缩力下降。提示沙棘总黄酮具有抗心律失常作用,其作用机理主要与影响细胞膜Ca~(2+),K~+转运有关。     

古建筑直榫节点扁钢与阻尼器加固比较研究

为更好地对古建筑木结构进行抗震加固,基于直榫节点力学模型,以汶川地震中受损的青城山黄帝殿为例,对直榫节点分别采用扁钢和阻尼器加固,对比分析了加固前后结构的自振周期、节点加速度放大系数以及被加固节点相邻杆件的内力.结果表明:2种加固方法均能提高结构的抗震性能,但扁钢加固加大了节点刚度和部分相邻构件的内力,易导致相邻节点拔榫破坏;阻尼器加固可在不增大节点刚度的条件下,减轻结构的地震响应,加固节点的加速度放大系数降低12.8%,加固节点相连杆件的拉力、剪力和弯矩分别平均降低48.3%、40.6%和52.1%,起到了耗能和防止拔榫的作用.