摘要：背景:以往的研究多通过忽略肌肉负荷和采用简化股骨负荷的方式,进行骨折早期愈合的生物力学分析。然而,肌肉负荷对骨折早期愈合产生的生物力学影响尚不清楚。目的:构建不同的股骨负荷模型,研究肌肉负荷对骨折愈合的生物力学影响,帮助临床医生更好地理解骨折愈合的生物力学过程,优化治疗方案。方法:利用AnyBody Modeling System软件构建个性化的人体肌肉骨骼系统,通过仿真分析以获取体内的肌肉骨骼负荷模型。该模型和采用改进简化负荷方法、简化负荷方法构建的股骨负荷模型,分别作为有限元输入的边界条件,对站立状态下锁定加压钢板应力应变、骨折块应变进行分析。结果与结论:(1)与简化负荷方法相比,肌肉骨骼方法得到的锁定加压钢板应力、应变和骨折块应变分别小了31.9%;38.9%和19.5%;(2)肌肉骨骼方法与改进简化负荷方法对比发现,忽略肌肉负荷则会造成锁定加压钢板的应力、应变和骨折块应变分别高估16.8%,14.3%和19.5%,肌肉负荷对骨折块的剪切运动大小无明显影响,而对运动方向有明显的影响;(3)结果表明,简化股骨负荷和忽略肌肉负荷的方法与肌骨骨骼负荷情况存在一定的偏差,因此,在研究骨折愈合时需考虑肌肉负荷的生物力学影响。

摘要：为降低开沟器犁地阻力,同时提高开沟效率,基于仿生设计方法对开沟器曲面进行优化设计。仿生开沟器设计依据土栖生物蝼蛄独特的爪趾形态特征,因其在快速挖掘过程中其爪趾具有突出的低阻力特性。通过逆向工程方法构建出蝼蛄爪趾的生物立体模型,并模拟4个爪趾楔入土壤的过程。结果显示,爪趾T2在楔入角度为35°时土壤应力值相对最小且应变值相对最大。提取爪趾T2的4条生物轮廓曲线,对曲线进行拟合后应用于仿生开沟器的设计方案。将仿生开沟器设计方案通过模拟仿真方法进行验证,在相同条件下对原型开沟器进行仿真实验。研究表明,优化后的仿生开沟器作用于土壤后,较原型开沟器作用于土壤产生的最大应力降低56.32%,最大应变提高27.80%,提高了开沟器的开沟效率。

摘要：新型双齿辊破碎机是近年出现的一种具有许多独特优点的破碎设备，为给它的设计及系列开发提供合理、可靠的理论依据，该文对其生产能力的计算方法进行了研究，推导出了该种破碎机适用的生产能力计算公式。并在模拟破碎实验机上进行了实验。

摘要：为了提高基于传感器信号的运动意图识别准确度,开展了基于深度学习和多传感器信息融合的运动意图识别方法的研究。首先,在平地、10°上/下坡、上/下楼梯,共5种步态模式下,提取了80名受试者的运动传感器数据,采用非线性降维Diffusion Maps法(DM)对数据进行降维,利用短期傅里叶变化(SIFT)提取数据特征;构建基于卷积神经网络(CNN)和埃尔曼神经网络(ENN)的新型串行混合网络模型(CNN-ENN),并完成了模型的训练;随机选取了5名志愿者参与实验测试。实验结果表明CNN-ENN改进串行混合网络模型对多传感器融合信息的平均识别准确度为95.86%,分别比传统的运动意图识别算法CNN和基于集成学习的加权投票算法(MFR)高10.21%和16.37%。实践表明深度学习模型与多传感器信息融合技术相结合的方法对运动意图识别精度的提高有很好的指导价值。

摘要：目前国内外对于步态失稳现象已开展了大量研究,但尚不清楚平衡调节过程中足底压力与步态参数间的关系。本文利用足底压力与步态分析手段,研究分析人体水平地面行走时遇滑移扰动后激发的自适应平衡反应。本文募集10名健康男性受试者,统一着鞋,于干燥和油介质水平地面进行对比行走试验,并采集分析了时-空步态参数、足底压力参数和垂直地面的反作用力(VGRF)等参数的变化规律。研究结果表明,水平地面行走时遇滑移扰动后自适应平衡反应主要包括:足跟触地更轻、足趾离地时抓地更紧,人体采用更低的步速、更短的跨步长,并增加站立相时间来维持或恢复平衡。本文研究结果将为防止滑跌损伤、康复训练设计及行走辅具的研发等领域开拓新的思路并提供一定参考价值。

摘要：为提高啤酒糖化锅桨叶的搅拌效率,基于仿生设计方法对桨叶曲面进行优化设计。通过对搅拌过程及糖化工艺的分析,确定搅拌桨叶的设计目标,即实现低剪切力、低功率、高效均质和高效传热。创新性地选择蝼蛄挖掘足爪趾为仿生生物原型,对爪趾独特的挖扩式掘进原理进行分析,确定对介质产生较小应力同时介质的应变较大的生物元素,应用于仿生糖化锅搅拌桨叶的设计方案,通过数值模拟对设计方案进行验证。研究表明,仿生桨叶对流体产生的剪切应力较原型桨叶降低4.774%;流体流速最大值增加4.733%,功率降低12.385%,流场矢量方向得到优化,符合理想的流体特征,提高了传热效率。该文对糖化锅搅拌桨叶的仿生设计,为啤酒酿造设备部件的优化提供了参考。

摘要：背景:人体行走与下肢表面肌电信号变化密切相关,但是异构步道环境下的肌电信号差异性没有深入研究。目的:对异构步道环境的下肢表面肌电信号差异性进行量化分析,研究异构步道中下肢肌群在不同时相的肌肉特性。方法:招募20名健康男性作为受试者,分别采集在直道、弯道、坡道和楼梯4种异构步道环境下自然行走的下肢表面肌电信号,将1个完整步态周期分为4个时相:第一双支撑相阶段阶段(0%-12%)、单支撑相阶段阶段(13%-48%)、第二双支撑相阶段(49%-60%)和摆动相(61%-100%)。通过单因素方差分析研究在不同环境行走的肌肉激活时序和不同时相下肢表面肌电信号差异性。研究方案经天津科技大学研究伦理委员会批准。结果与结论:(1)研究表明,较于直道,在弯道时主要通过髋关节的股二头肌、踝关节的内侧腓肠肌和胫骨前肌做功完成转弯;在上楼和上坡时,单支撑相阶段,股外侧肌和股内侧肌的差异性变化最明显(P<0.05),肌肉力明显增大;第二双支撑相阶段,内侧腓肠肌的幅值明显增大;在下楼和下坡时,第一双支撑相阶段,需要股外侧肌和股内侧肌施加额外的助力,在单支撑相阶段,内侧腓肠肌和半腱肌的幅值显著增大,在第二双支撑相阶段,内侧腓肠肌的幅值显著减小;(2)研究结果可为下肢康复助行器控制系统的研发提供参考价值。

摘要：本文目的是研究约束复合踝关节内(外)翻和旋内(外)运动对人体步态稳定性的影响。试验在水平湿滑试验台上进行,对比了约束复合踝关节内(外)翻和旋内(外)运动(FIXED)以及无束缚(FREE)两种状态,分析了时-空步态参数、运动学参数、动力学参数以及利用摩擦系数(UCOF)。试验结果表明FIXED可能会导致步速和跨步长显著增大,双支撑期显著缩短。同时,FIXED可影响膝关节和踝关节的关节角度在矢状面内的运动幅度。另外,约束后利用摩擦系数显著增大,这反映了滑跌概率的增大以及步态稳定性的减弱。因此,在助行器、双足机器人或者假肢设计中,应该进行结构设计以实现复合踝关节内(外)翻及旋内(外)运动。

摘要：为选择控制性能更加灵敏的多元动态质量控制图,建立常见的多元动态控制图性能对比分析模型并提出相应的选择策略。在MATLAB环境下求解模型时,以Markov链法与蒙特卡洛仿真方法为求解工具,对比分析两种方法在过程受控及失控时的计算效率及精度;为解决最优选择策略转换次数过多的问题,在实际应用中应优先选择变抽样区间策略和变抽样容量与区间策略多元质量控制图;在均值偏移量δ较小的情况下选择变抽样区间多元累积和控制图,0.92时任选一种多元动态质量控制图。

摘要：为实现特定生产条件下贝叶斯质量控制图迅速识别异常的功能,构建了一种将经济性分析与过程仿真相结合的贝叶斯迅速识别控制图。在该控制图中,基于最优经济指标设立最优控制限和操作规则,实现控制图经济性与迅速识别的双向功能;为分析该控制图的统计性能,采用蒙特卡洛仿真模拟技术,以过程失控时的平均运行链差值效率比作为评价指标,与传统休哈特控制图、当前普通贝叶斯控制图和经济性控制图进行对比分析,证实了基于经济性分析的贝叶斯迅速识别控制图不但可以高效地识别过程偏移并报警,而且颇具成本优势。