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关键词： 机器人动力学参数辨识   关节刚度辨识   刚柔耦合动力学模型   关节柔性补偿  

摘要： 工业机器人位姿精度和路径精度偏低的缺点使其难以满足如金属零部件加工,电子元器件装配等场景的高精度工艺需求。关节柔性变形是影响机器人的位姿精度和路径精度的因素之一。针对工业机器人的半闭环位置伺服控制无法主动补偿关节柔性变形的缺点,对关节柔性变形进行建模预测与补偿是提升机器人位姿精度和路径精度的有效途径。在关节柔性变形与机器人动力学密切相关的理论依托下,本文开展了机器人动力学,机器人关节刚度辨识以及基于机器人刚柔耦合动力学模型的关节柔性补偿三项关键技术研究,旨在贡献一个有效的机器人位姿精度和路径精度补偿策略。主要完成了以下工作: 1、基于牛顿欧拉法(Newton-Euler)建立了六自由度机器人动力学模型,研究了模型线性化,重组线性无关最小参数集,参数物理可行性约束,激励轨迹设计等参数辨识算法流程。本文根据摩擦机理与实际关节摩擦现象推导出以速度和关节载荷力矩为自变量的关节摩擦模型。该模型可精确预测预滑动摩擦,非线性黏性摩擦以及随关节载荷力矩变化的库仑摩擦三种摩擦现象。相关实验证明了所建立的动力学模型的准确性,以及惯性参数辨识结果和摩擦参数辨识结果的泛化性。 2、基于双位置编码器测量辨识机器人关节刚度,针对机器人关节传动角误差耦合多种传动误差的问题,根据机器人关节传动角误差相关理论,提出了一种传动角误差解耦方法,获得独立的关节柔性变形数据,实现直接测量机器人关节刚度参数。针对工业机器人仅有电机侧位置编码器的局限性,研究了基于激光跟踪仪的关节刚度辨识方法,提出一种机器人位姿变形拟合算法,可解决单个激光靶球不可测量机器人姿态变化导致基于瞬时运动学关系无法准确求解机器人关节柔性变形的问题。通过实验分析,总结了两种刚度辨识方法的异同点,并根据双位置编码器法所得关节刚度验证了激光跟踪仪法所得关节刚度参数的正确性。 3、基于动力学参数与关节刚度参数,建立刚柔耦合动力学模型,将该模型应用于机器人关节柔性变形补偿算法。基于半闭环控制系统的特性,针对在原半闭环控制系统增加反馈环路容易影响伺服系统稳定性的问题,提出了基于机器人刚柔耦合动力学模型的关节柔性变形前馈补偿算法。在实验中借助千分表直观地验证了该算法可有效补偿关节柔性变形,从而提高机器人位姿精度和路径精度。

关键词： 齿轨车辆   动力学性能   齿轮齿条参数   研究  

摘要： 齿轨铁路是一种山地铁路,具有牵引力大、爬坡能力强、安全性高等优点。随着我国山地旅游业的不断发展,大力建设齿轨铁路成为加强山地交通运输的首选。国内正在筹建的齿轨铁路有都江堰至四姑娘山的“都四线”,张家界的七星山齿轨铁路,巴中市南江县的光雾山齿轨铁路等。目前我国的山地轨道交通建设正处于起步阶段,暂无成熟的建设经验,缺少系统的理论研究。 鉴于此,本文首先对齿轨铁路、齿轨车辆研究现状及轨道车辆齿轮传动系统动力学研究现状进行概述。介绍了齿轨铁路和齿轨车辆动力学模型的建模方法,采用SIMPACK软件建立了齿轨铁路和齿轨车辆多体动力学模型,参考GB/T 5599-2019和UIC518的动力学性能评价指标,对不同齿轮齿条参数下的齿轨车辆动力学性能进行了分析。 分析不同齿轮齿条结构参数对齿轨轮和齿轨车辆动力学性能影响情况。结果表明:齿轨轮的动态传递误差随着压力角、齿面磨损量和齿侧间隙的增加而增加,随齿宽的增大而减小;齿面最大赫兹压力随着压力角和齿宽的增大而减小,随着齿面磨损和齿侧间隙增大而增大;动态啮合刚度随着齿宽和压力角的增大而增大,随齿侧间隙的增大而减小。齿轨轮的振动加速度、齿轨车辆车体振动加速度、平稳性指标、脱轨系数和轮重减载率随着压力角、齿侧间隙、变位系数、齿面磨损和齿轮偏心量的增加而增加,随着齿宽的增加而减小。以车辆动力学性能最优为目标,齿轮齿条宜选用较小的压力角、变位系数和较大的齿宽,在实际线路中齿轮齿条应涂刷适量的润滑液来减小齿面磨损,齿侧间隙在保证能避免轮齿因受热膨胀而产生卡齿现象的前提下,尽量选择较小的齿侧间隙。 分析不同齿轮齿条啮合参数对齿轨轮和齿轨车辆动力学性能影响情况。结果表明:齿轨轮振动加速度、齿轨车辆车体振动加速度、平稳性指标、脱轨系数和轮重减载率随着啮合阻尼增大而减小,随着摩擦系数和齿轮偏向转角的增大而增大。以车辆动力学性能最优为目标,加工齿轮齿条时应尽量减小轮齿表面粗糙度且采用阻尼材料,齿轨车辆生产的过程中要尽可能地控制轴承的歪斜和齿轨轮的偏转。 齿轮齿条参数变化会影响齿轨轮的振动剧烈程度,经过齿轨车辆悬挂系统的衰减后,车体振动变化弱于齿轨轮。相比于有轨道不平顺激励情况,无轨道不平顺激励时,齿轮齿条参数变化对车辆的动力学性能影响更显著。

关键词： 海底电缆施工   履带底盘   动力学分析   关键参数设计   软土海床  

摘要： 海底电缆工程对于国家的供电可靠性和能源资源持续性利用是至关重要的。目前国内缺乏对于海底电缆施工作业装备的研发，为突破国外对于装备研发的核心技术封锁，我国也开展了海底电缆工程作业的相关装备关键技术研究。但我国的电缆工程装备研发技术相对于欧美仍有明显差距，在实际的工程中由于海床土壤与陆地土壤相差很大，装备在进行动态作业时容易产生牵引力不足或作业效率低下等工程问题。为赶超国外先进的海底装备研发技术，本文针对履带式海底电缆施工作业装备的底盘系统进行动力学分析及关键参数的设计研究，针对牵引力及作业速度两个性能指标，进行履带土壤间的相互作用规律研究并对履带板的结构参数进行设计分析。　　由于软土海床的特殊性质，需要对土壤与履带之间进行相互耦合作用分析。传统的履带土壤系统分析出于静态或准静态，未考虑动态作业的条件下产生的动载荷影响。然而在进行作业时，履带系统的动力学参数对作业性能是至关重要的。为研究在特殊土壤环境下履带土壤耦合的动力学问题，采用履带土壤耦合分析和动力学结合的方法进行分析研究。采用有限元动态显示分析方法进行履带土壤的耦合分析，分析履带板与土壤之间的剪切力大小。采用牛顿欧拉法构建底盘系统在作业状态下的动力学模型。基于所建立的力学模型，对履带系统的关键参数进行设计研究。　　本文通过Abaqus进行履带单板与土壤之间的仿真分析，在海床粘性砂土的环境下，确定了履带板与土壤之间的剪切力和剪切速度之间的变化关系，构建单板的剪切力力学模型。通过RecurDyn对履带底盘系统进行动力学仿真分析，确定了在作业过程中底盘系统的作业速度与理论速度之间的变化关系，确定了不同履带板宽度下其作业速度的大小。结果表明：在这种具有粘性的砂土环境下，履带单板的剪切速度会导致剪切力增大，且履带板宽度增大时，单板的剪切速度与剪切力仍呈指数函数变化，从而确定了建立的模型在不同宽度的履带板条件下仍具有适用性。履带板宽度增大会增大剪切力，且呈线性的变化趋势。履带底盘的作业速度随着理论速度增大而增大，此时的滑转率会相应的减小。基于牵引力和作业速度两个目标进行结构设计，通过设计要求进而确定履带底盘系统的宽度参数。最后对软土海床履带底盘系统性能进行分析，通过分析发现后改进后的装备其牵引力、拖曳力、作业速度都有提高，且符合设计要求。

关键词： 乳腺癌   磁共振   新辅助化疗   病理完全缓解  

摘要： 目的:笛卡尔K空间共享三维容积快速动态成像（Differential subsampling with cartesian ordering,DISCO）是一种高时间空间分辨率的动态对比增强磁共振（Dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI）成像技术,本研究旨在评估基于DISCO DCE-MRI生成的药代动力学参数图的组学特征及其早期变化对新辅助化疗（neoadjuvant chemotherapy,NAC）反应的预测效能并构建预测模型。方法:前瞻性纳入我院2019年5月至2022年5月期间的142名乳腺癌新辅助化疗患者,她们分别在NAC前（pre-NAC）和NAC一个周期后（1st-NAC）接受了DISCO DCE-MRI扫描。根据入院时间顺序,患者按7:3划分成训练和验证队列。使用Omni-Kinetic软件中的Reference region模型自动生成药代动力学参数容量转移常数(Volume transfer constant,K)、血浆容积分数（Volume fraction of Plasma,V）和速率常数(Rate constant,K)定量参数图。在各定量参数图分别提取基于全肿瘤体积的影像组学特征并计算各特征相较于基线的变化率,得到delta特征。基于逻辑回归构建pre-、1st-、delta-影像组学模型及纵向融合模型。最后,结合影像组学特征和重要的临床因素建立临床-影像组学联合模型。绘制各模型的受试者工作特征（receiver operating characteristic,ROC）曲线并计算曲线下面积（area under the ROC curve,AUC）,各模型间的预测性能采用Delong检验进行比较。结果:在3个单独放射模型中,基于delta-radiomics的模型在训练集（AUC;0.802,95%CI:0.710,0.876）和验证集（AUC:0.785,95%CI:0.633,0.895）中表现最好。与单独模型相比,纵向融合模型的预测性能略有提升。加入临床病理因素后,所有的临床-影像组学模型在训练集中的AUC值都超过了0.8,在验证集中,临床-影像组学模型的最高AUC值为0.840。临床-影像组学模型均有利于区分p CR和non-p CR。结论:基于DISCO DCE-MRI定量参数图提取的影像组学特征可以早期预测乳腺癌新辅助化疗疗效,影像组学特征和临床病理学信息的联合应用可提高疗效的预测水平。

关键词： 撑竿跳高   运动表现   生物力学   因子分析   地面反作用力   关节力矩   机械能  

摘要： 研究目的:撑竿跳高是一项兼备跑、跳以及体操技术的田径运动,是最为复杂的田径项目之一。助跑和起跳被认为是撑竿跳高最为重要的阶段,决定了撑竿跳高的成功与否。本研究对不同等级男子撑竿跳高运动员助跑及起跳阶段生物力学指标即对运动成绩的影响因素进行探讨,了解不同等级运动员的动作技术特征,探索优秀运动员生物力学指标的取值范围,并在此基础上发现高水平运动员助跑及起跳的一般规律。通过因子分析和线性回归分析对撑竿跳高助跑及起跳的关键生物力学指标进行信息提取并建立一套参数体系,凝炼变量使模型更准确,明确各个因子对运动成绩的贡献,在原生物力学指标信息损失较少的前提下,通过因子得分对运动员助跑阶段进行简捷和高效的评价与预测,为中国运动员提高运动表现水平和比赛成绩提供科学依据。研究方法:使用大范围的三维动作捕捉系统以及三块测力台对优秀男子撑竿跳高运动员的运动学(200 Hz)和地面反作用力(2000 Hz)数据进行采集。在撑竿跳高助跑及起跳的生物力学特征研究和撑竿跳高关键技术指标的生物力学分析中,研究了5名一级运动员、4名运动健将和3名国际级运动健将,分析比较了运动员助跑及起跳的质心速度、质心高度、地面反作用力、下肢关节力矩和运动员机械能等生物力学指标,以及运动员的最大质心高度成分、撑竿运动学指标和起跳关键运动学指标。为了理解不同等级运动员的整体特征,对国际级运动健将组、运动健将组和一级运动员组的同一生物力学指标两两之间进行非参数独立样本曼-惠特尼U检验。为了了解高水平运动员助跑及起跳过渡衔接的特点,对所有运动员倒2步、倒1步和起跳相应的生物力学指标两两之间进行非参数配对样本Wilcoxon符号秩检验。在撑竿跳高助跑及起跳生物力学指标的因子分析研究中,以30个成功跳次作为数据处理的样本,对倒2步、倒1步和起跳的质心速度、质心高度、地面反作用力、机械能、起跳距离、起跳角等26个生物力学指标进行因子分析,并对所提取的因子进行线性回归分析。研究结果:1.不同等级男子撑竿跳高运动员助跑及起跳的生物力学特征。国际级运动健将组倒2步、倒1步和起跳离地瞬间的水平速度显著大于一级运动员组(p<0.05)。国际级运动健将组倒1步离地瞬间和起跳离地瞬间的水平速度都显著大于运动健将组(p<0.05)。国际级运动健将组三次着地的平均标准化垂直地面反作用力峰值和水平制动力峰值都表现出比运动健将组要小的趋势。起跳和倒2步支撑期国际级运动健将组的平均标准化水平推进力峰值大于另外两组的均值。国际级运动健将组三次离地瞬间的标准化机械能都显著大于一级运动员组(p<0.05)。起跳离地瞬间国际级运动健将组的标准化机械能还显著大于健将组(p<0.05)。2.撑竿跳高助跑与起跳衔接的生物力学特征。起跳离地瞬间运动员质心的水平速度显著小于倒2步和倒1步(p<0.05)。起跳离地瞬间运动员质心的垂直速度显著大于倒2步和倒1步(p<0.05)。三次离地瞬间运动员的相对质心高度两两之间都存在显著性差异(p<0.05),三次离地瞬间倒1步的相对质心高度最小,而起跳离地瞬间的质心高度最大。三次着地的标准化垂直地面反作用力峰值彼此之间具有显著性差异(p<0.05),且由倒2步、倒1步至起跳逐渐增大。起跳支撑期标准化水平制动力峰值显著大于助跑倒2步和倒1步(p<0.05)。起跳支撑期的标准化水平推进力峰值要显著小于助跑后两步(p<0.05)。起跳支撑期的标准化伸髋峰值力矩显著大于倒2步和倒1步(p<0.05)。倒1步的标准化伸膝峰值力矩显著大于倒2步和起跳(p<0.05),起跳标准化伸膝峰值力矩显著大于倒2步(p<0.05)。倒1步支撑期踝关节的标准化跖屈峰值力矩显著小于倒2步和起跳(p<0.05),且倒2步显著小于起跳(p<0.05)。起跳离地瞬间的标准化机械能显著小于倒2步和倒1步(p<0.05)。3.撑竿跳高助跑及起跳生物力学指标的因子分析。因子分析Bartlett球形度检验统计量的观测值为2213.767(p<0.01),提取了三个因子:F1,F2和F3。F1可解释为与运动员助跑及起跳的机械能和水平推进地面反作用力相关的成分。F2可解释为与运动员助跑及起跳的速度和身材姿势相关的成分。F3可解释为与起跳垂直速度和垂直地面反作用力相关的成分。30次跳跃的平均最大质心高度为4.974 m,F2和F1的得分每增加1分,成绩分别提高0.131 m和0.112 m,F3则不参与成绩的预测。4.撑竿跳高关键技术指标的生物力学分析。不同等级运动员成功跳次的最大质心高度(HP)彼此之间存在显著性差异(p<0.05)。不同等级运动员的H2彼此之间也存在显著性差异(p<0.05)。国际级运动健将组的H3显著大于一级运动员(p<0.05)。国际级运动健将组的H2*显著大于运动健将组和一级运动员组(p<0.05)。国际级运动健

关键词： 尿动力学   压力-流率测定   自由尿流率测定   尿道内置管的影响   膀胱出口梗阻   逼尿肌活动低下   逼尿肌过度活动   无创预测模型  

摘要： 目的:探讨尿道内置7F三腔测压管对压力-流率测定(PFS)时尿流参数及尿动力学(UDS)诊断的影响。并建立膀胱出口梗阻(BOO)、逼尿肌活动低下(DU)、逼尿肌过度活动(DO)的无创预测模型。 方法:回顾性分析同济医院泌尿外科2011年9月至2022年10月下尿路症状患者的UDS数据。比较PFS和自由尿流率(FF)的尿流参数。将FF时的Qmax替代PFS时的Qmax重新评估BOO和DU,确定尿道内置管对UDS诊断的影响。采用单因素分析及多因素logistic回归分析,确定BOO、DU、DO的无创独立预测指标,建立相应的无创预测模型,并进行效能评价。 结果:对纳入的1 144例患者的FF及PFS参数进行分析。就总体而言,PFS的Qmax显著下降,排尿时间显著延长,排尿量无显著差异。然而,PFS的Qmax变化方向并不一致:在72.8%的男性患者和83.5%的女性患者中下降;在14.7%的男性患者和9.5%的女性患者中增加;在12.5%的男性患者和7.0%的女性患者中保持不变。以FF的Qmax代替PFS的Qmax诊断BOO及DU时,Qmax下降组和Qmax增加组中均有相当比例的患者的诊断发生改变。对纳入的522例男性LUTS患者的UDS资料进行分析。年龄、Qmax和排尿效率是BOO的独立预测因素;年龄、Qmax、尿急和夜尿是DU的独立预测因素;年龄、排尿时间、排尿量、尿急和尿失禁是DO的独立预测因素。依据独立预测因素建立了BOO、DU、DO的无创预测模型,其区分度均较高,曲线下面积分别为0.841、0.756、0.819;校准度均较高,预测值与实际观测值有良好的对应关系;决策曲线表明应用此三种模型均可获得附加的临床效益。 结论:尿道内置管可显著影响PFS时的尿流参数,但Qmax的变化方向及程度因人而异,并且可导致尿动力学诊断发生相应的改变。因此,在FF与PFS尿量相似的情况下,如FF的Qmax与PFS的Qmax相差较大,可考虑以FF的Qmax代替PFS的Qmax来判断UDS的各种诊断,可能有助于消除尿道内置管对患者排尿过程的干扰,获得更符合患者病情和病理生理学状况的UDS诊断。同时,本研究依据男性BOO、DU、DO各自的独立预测因素,建立了相应的无创预测模型,使用这些无创预测模型可在不进行侵入性UDS的情况下简单快速有效地评估患者的疾病风险。

关键词： 折叠舵面   变参数   间隙非线性   颤振  

摘要： 为节约运输空间,提高空间利用率,折叠机构设计已广泛应用于导弹尾舵、舰载飞机、民用客机等各类飞行器。但折叠机构的设计不可避免地存在间隙,使得折叠机构具有独特的结构非线性特性,即结构的共振频率具有幅值相关性。在工程设计中往往将其视为线性结构进行静力学、动力学特性研究。实践证明这种设计偏于保守,不易于实现飞行器轻量化的目标,因此本文针对折叠舵结构这一代表性的折叠机构进行振动台扫频实验和仿真建模分析。 首先对基准折叠舵和变参数折叠舵结构进行振动台扫频实验,分析结构在不同激励量级下前两阶共振频率的变化情况,获得结构非线性特性,即一阶刚度渐硬、二阶渐软的非线性特性。借鉴子结构模态综合法的思想,采用混合坐标整体降阶法对折叠舵结构有限元模型进行降阶处理,大大降低结构自由度,同时在接触位置预留相应自由度。基于振动台实验得到的动力学特性,采用改进的三线性间隙型非线性数学模型。将该数学模型嵌入到预留的自由度中,得到折叠舵结构的动力学方程。 基于折叠舵振动台扫频实验结果,探究折叠舵结构中各个参数对其动力学特性的影响,发现转轴和锁定销结构的直径增大会导致舵面孔径减小、厚度降低,因而出现前两阶共振频率下降的现象。同时探究折叠舵结构中参数对前两阶频率之差的影响,发现适当增大转轴直径可以明显增大结构前两阶频率之差,从而抑制颤振的发生。 最后通过成熟的商用有限元软件***采用经典的p-k法对线性舵面进行了颤振计算和分析,发现45号钢材料的线性舵面极不易发生颤振,铝合金材料的线性舵面的颤振速度为1475m/s,为折叠舵结构的气动弹性分析提供了有力支撑。

关键词： 强动脉冲载荷   饱和分析   膜力因子法   渐进等效法   应变率与应变硬化效应  

摘要： 船舶与海洋工程结构物在营运过程中可能会遭受到爆炸、砰击等强动脉冲载荷的作用,造成结构的塑性大变形甚至失效破坏,从而带来严重的经济损失和人员安全危险。对于这些载荷作用下船海结构的动力响应分析,既需要解决如脉冲形状、材料和几何等复杂非线性问题,又需要解决船舶与海洋工程、材料力学和塑性动力学等多领域交叉问题。现有的理论模型和设计方法主要针对持续时间较短的脉冲载荷,而对于持续时间大于结构塑性响应时间的脉冲载荷,仍然缺乏有效的理论分析模型和结构安全快速评估方法。本文针对强动脉冲载荷下船海结构塑性动力响应问题,基于膜力因子法构建了船体典型结构刚塑性理论分析模型,提出了相对Youngdahl等效法和饱和等效法适用范围更广且更有效的脉冲载荷等效方法,从而形成强动脉冲载荷下结构塑性大变形响应快速评估方法。本文的主要研究内容如下: (1)基于膜力因子法开展了刚塑性梁和板的饱和冲量现象研究,揭示了强动脉冲载荷下结构饱和冲量现象的力学机理与发生条件,预测了不同脉冲载荷下结构变形结束时间与载荷之间的关系,并提出相对于模态解更准确的同时考虑瞬态响应阶段和准确屈服准则的刚塑性理论分析方法,给出强动脉冲载荷下梁和板的饱和挠度和饱和冲量计算公式。对比不同刚塑性理论方法,探讨了瞬态响应阶段和屈服准则对饱和挠度和饱和冲量的影响,并采用弹塑性有限元方法分析了弹性效应对梁和板的饱和时间、饱和冲量和饱和挠度的影响。 (2)针对典型非矩形脉冲载荷下的结构塑性动力响应,基于膜力因子法开展了刚塑性理论方法研究,计算了不同脉冲载荷参数下方板和矩形板的饱和冲量和饱和挠度的完全解,揭示了脉冲载荷参数对饱和冲量现象的影响。通过分析现有两种等效方法的有效性和适用性,基于饱和分析和膜力因子法提出了新的适用于任意形状脉冲载荷的渐进等效方法。采用有限元软件模拟复杂的爆炸脉冲载荷加载,并应用提出的脉冲等效方法进行计算分析,将计算得到的刚塑性预测结果同有限元结果进行了对比分析,验证了新提出的等效方法的有效性。 (3)结合膜力因子法开展了应变率敏感性和应变硬化效应的影响研究,提出了基于刚塑性完全解的应变率敏感性和应变硬化简化计算公式。选取典型的铝合金和低碳钢板进行计算,总结了不同应变率简化计算方法的有效性和适用性,揭示了瞬态响应阶段对计算平均等效应变和应变率的影响,探讨了所提出的简化计算公式的合理性,并分析了应变率敏感性和应变硬化效应对方板和矩形板饱和挠度的影响。 (4)利用激波管设计和开展了脉冲载荷冲击实验,测定了试件材料的静态和动态拉伸性能,测量了脉冲载荷压力和结构变形时间历程曲线。在此基础上,分析了脉冲载荷特性、材料与结构参数对板的塑性大变形响应的影响机制,探讨了脉冲载荷作用下饱和冲量现象机理,并将结果与强动脉冲载荷下梁和板的刚塑性大变形理论和弹塑性有限元方法进行了对比分析和验证。结合渐进等效方法和提出的刚塑性理论方法建立了强动脉冲载荷下结构塑性变形的快速评估方法。

关键词： 心肺运动试验   运动不耐受   左心室顺应性   射血分数保留型心力衰竭  

摘要： 目的:探讨A期和B期心力衰竭的中老年患者心源性运动耐量减低的影响因素,以及无创血流动力学参数与心源性运动耐量减低的关系。方法:连续选取自2018年1月至2022年4月在中国医科大学附属第一医院老年心血管病科完成心肺运动试验（CPET）检查的197例中老年A期和B期的心力衰竭患者作为研究对象。根据CPET测得体重校正的峰值摄氧量（Peak Vo）<20ml·kg·min将研究对象分成运动耐量正常组（ETN）和运动耐量减低组（ETD）,其中ETN组89例,ETD组108例。记录并比较两组一般临床资料、CPET参数、经胸心脏彩色多普勒超声测量值及血流动力学参数。结果:ETD组女性占比、共病比率、年龄、体质量指数（BMI）、脑利钠肽（BNP）均高于ETN组（P<0.05）,血管紧张素转换酶抑制剂/血管紧张素受体拮抗剂（ACEI/ARB）、β受体阻滞剂（Beta-blocker）的使用率也高于正常组（P<0.05）。CPET参数中两组静息时动脉-静脉氧含量差（AVOdiff）相似（P>0.05）,峰值运动时ETD组心脏变时功能不全（CI）占比、呼吸储备（BR）显著高于ETN组,Opulse显著低于ETN组（P<0.05）。在心脏结构和功能的参数中,ETD组与ETN组相比左室质量指数（LVMI）较大（P<0.05）,左室质量/左室舒张末容积（LVM/LVEDV）中位数较高（1.72g/ml vs 1.61g/ml）偏向心性重构。在血流动力学参数中,ETD组与ETN组相比肺动脉瓣前向血流峰值速度（PV max）、E/e'、肱动脉脉压（b PP）、全身血管阻力指数（SVRI）、总动脉顺应性指数（TACI）、左心室松弛时间常数（Tau）、左室舒张末容积指数（LVEDVI）/E/e'均具有显著性差异（P<0.05）。运动耐量（Peak Vo）的线性回归分析结果显示,在调整了混杂因素后,性别、年龄、BMI、共病、Beta-blocker、CI、PV max、LVEDVI/E/e'是运动耐量的独立影响因素（P<0.05）,调整后R=0.506。其中血流动力学参数PV max（β=0.165,P=0.002）和LVEDVI/E/e'（β=0.222,P<0.0001）对运动耐量的影响较大。运动耐量减低的Logistic回归分析结果显示,在调整了混杂因素后,性别、共病、Beta-blocker、CI、LVMI、PV max、LVEDVI/E/e'是运动耐量减低的独立影响因素（P<0.05）。其中LVMI、PV max和LVEDVI/E/e'的OR值分别为1.033（95%CI:1.009～1.057,P=0.006）、0.757（95%CI:0.602～0.953,P=0.018）和0.682（95%CI:0.533～0.874,P=0.002）。建立回归模型（Model）,调整后R=0.433。LVMI、PV max、LVEDVI/E/e'和Model预测运动耐量减低的ROC曲线分析结果显示:Model的曲线下面积为0.838（95%CI 0.783～0.894,P<0.0001）,灵敏度为82.4%,特异度为73.0%;LVEDVI/E/e'的曲线下面积为0.666（95%CI 0.590～0.742,P<0.001）,灵敏度为38.2%,特异度较高为89.8%。LVMI、PV max曲线下面积分别为0.615、0.611（P<0.01）。同时LVEDVI/E/e'与Peak Vo的相关性最佳（r=0.368,P<0.0001）,LVMI和PV max分别为（r=﹣0.227,P=0.001）和（r=0.209,P=0.003）。为进一步验证LVEDVI/E/e'与运动耐量减低的相关性,以其最佳临界值（6.513）分组并行倾向性匹配,LVEDVI/E/e'>6.513组运动表现更佳,运动耐量减低的占比更低（P=0.001）,无氧阈（AT）和峰值运动时的运动功率（Workload）、摄氧量（Vo）和Opulse均显著高于LVEDVI/E/e'<6.513组（P<0.05）,同时VE/Vcoslop更加平坦（P=0.007）。结论:心源性运动耐量减低与早期血流动力学改变相关（心脏舒张异常和动脉负荷增加）。静息时反映左心室顺应性指标（LVEDVI/E/e'）可作为识别A期和B期心力衰竭患者心源性运动耐量减低的无创性标志物。

关键词： 二维三轴   复合材料   细观结构   传动轴   固有特性   振动响应  

摘要： 由于二维三轴复合材料具有整体性好、加工难度较低以及可设计性高等特点,用其替代传统单向层合复合材料来制造轻量化传动轴将是未来趋势。为了在设计阶段准确预测二维三轴复合材料轴的动力学行为,提出详细合理的设计方案,需要了解其细观参数对材料性能和零件特性的影响趋势以及影响能力。因此,本文围绕二维三轴复合材料轴开展了材料力学性能预测、轴管和转子系统动力学分析、对动力学模型的仿真验证、实验验证等研究。主要研究内容如下:1.根据二维三轴编织材料的实际细观结构建立了弹性性能分析模型。后基于该模型,讨论了编织角、弦展比和填充系数三种细观参数对二维三轴碳纤维材料工程常数的影响。2.基于有限节点法和SHBT理论建立了考虑编织角、弦展比和填充系数等细观参数的二维三轴复合材料转轴动力学模型,分析了不同细观参数对转轴不同振型下固有频率的影响趋势和影响能力。结果表明,弦展比减小或填充系数增加对转轴在所有振动类型下的固有频率都有提高作用,而编织角的变化对所研轴固有频率的影响趋势则会因振动形式不同而有所差异。三种细观参数中,弦展比对转轴固有频率的影响最小,编织角对其影响最大。3.建立了复合材料轴的有限元网格模型并制备了试验样件,后分别利用Ansys仿真和模态测试技术获取了该轴的振型和固有频率。将所获得的数据与动力学模型结果进行对比,发现理论模型结果与仿真和试验结果均具有较高的一致性。4.建立了二维三轴复合材料轴-齿轮转子系统动力学模型,以二维三轴碳纤维轴-直齿轮转子系统为例,分析了输入转速在20000rpm内,三种细观参数对系统临界转速和动态传递误差振动响应的影响。研究表明该系统在一定转速范围内会出现频率跳跃现象,且系统转速接近转轴一阶弯曲临界转速时会出现振动响应峰值。三种细观参数的变化也会影响振动峰值出现的转速,其中填充系数的影响最大,弦展比的影响最小;此外,通过合理调节细观参数,可以较为显著地将频率跳跃现象对应的转速范围缩小。上述研究内容及其结果说明,细观参数调整对二维三轴复合材料轴和由其构成的转子系统的动力学特性有较大影响,且在不同应用场景下细观参数的影响能力不同,有必要在设计阶段建立动力学模型对细观参数的设置进行详细论证。本研究为阐述调节二维三轴材料细观参数重要性、丰富复合材料轴管设计方案、扩展SHBT理论应用场景提供了参考依据。图53幅,表18个,参考文献86篇