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关键词： 地面反作用力   急停起跳   脑力疲劳   双因素方差分析   膝关节屈曲   足球运动员   非接触性   训练方案  

摘要： 目的本研究旨在分析足球运动员在脑力疲劳与不同预期状态下,完成急停起跳动作时躯干及下肢运动学及动力学特征的差异,并据此评估执行急停起跳动作时非接触性ACL损伤风险,为足球运动员设计更贴近真实比赛的ACL损伤预防训练方案提供理论依据。方法招募20名男性足球运动员进行45 min的Stroop任务来诱导脑力疲劳,并通过自制红外同步触发器随机改变荧幕颜色以提供不同预期状态场景。运用12镜头红外光点三维运动捕捉系统(Nokov Mars2H,中国)以及2台三维测力台(Bertec FP4060,USA)采集受试者急停起跳动作的躯干及膝关节运动生物力学特征。采用2×2(脑力疲劳前后和预期/非预期)重复设计的双因素方差分析躯干及膝关节运动生物力学参数。结果(1)触地时刻与脑力疲劳前相比,疲劳后躯干前倾角度显著减小(P=0.043)。非预期条件下躯干前倾角度(P=0.038)、膝关节屈曲力矩(P=0.025)、膝外翻力矩显著增大(P=0.014),水平向后地面反作用力显著减小(P=0.046)。(2)水平向后地面反作用力峰值时刻与脑力疲劳前相比,疲劳后膝关节屈曲角度(P=0.017)显著减小、膝关节外翻力矩显著增大(P=0.029)。结论脑力疲劳后足球运动员急停起跳触地时呈现出躯干较直立状态,非预期条件下触地时膝关节外翻力矩增大,两者都可能增大ACL损伤的风险。但脑力疲劳后进行非预期任务可能不会加重ACL损伤风险。

关键词： 血流动力学参数   小弯侧   远心端   动脉组织   弹性纤维   主动脉弓   Mimics软件   壁面切应力  

摘要： 目的本研究旨在评估猪主动脉弓不同区域的力学性能,并探讨其与局部血流动力学参数之间的关联。方法采集健康猪的主动脉,将弓部分割为24个区域作为样本,采用1 mm直径球形压头进行压痕力学测试,并应用Hertz模型计算弹性模量。通过EVG染色法观察弹性纤维分布。基于猪主动脉CTA图像,通过Mimics软件重建动脉模型,并使用Fluent软件进行流固耦合计算,以获取血流动力学参数。结果猪主动脉弓的周向方向弹性模量在小弯侧略高于大弯侧,并在远心端节段表现出显著差异;轴向方向上其弹性模量未呈现明显规律。EVG染色结果显示小弯侧的弹性纤维面积占比略高于大弯侧,但未达到统计学意义。在远心端小弯侧观察到低时间平均壁面切应力(TAWSS<0.4 Pa)以及高振荡剪切指数(OSI>0.25)和高粒子驻留时间(RRT>5 Pa^(-1))的血流动力学参数分布,这些区域与较高弹性模量值所在区域相吻合。结论猪主动脉弓的弹性模量在空间上呈现差异性,在远心端小弯侧的值显著高于大弯侧。同时,不良的血流动力学参数主要分布在小弯侧,提示动脉组织的高弹性模量值与血流动力学环境异常之间可能存在关联。

关键词： 地面反作用力   蹲起   关节角度   膝关节损伤   太极拳   人体运动   下肢运动   旋转角度  

摘要： 目的蹲起是一种人体常见且重要的动作,蹲起时下肢关节不同的动作模式对于人体运动时积极适应和避免受伤至关重要。本研究旨在通过定量分析,探讨太极拳蹲起与标准屈髋蹲起在下肢生物力学特征上的差异,并揭示太极拳蹲起在预防膝关节损伤方面的生物力学机制,为太极拳训练和膝关节保护提供科学依据。方法选取1名经验丰富的男性太极拳练习者作为研究对象。通过VICON三维运动捕捉系统和AMTI力台,以太极拳蹲姿“低架势”固定测试动作,同步采集太极拳蹲起动作与常规屈髋蹲起动作的运动学和动力学数据。进一步利用Open Sim软件中的全身肌肉骨骼模型,模拟对比膝关节在两种蹲起动作中的膝关节反作用力和关节角度。结果在整个动作周期中,太极拳蹲起动作的峰值地面反作用力和膝关节反作用力均显著低于常规屈髋蹲起(P<0.05)。在峰值地面反作用力时,太极拳蹲起的膝关节屈伸角、内收角和旋转角度也显著小于常规动作(P<0.05)。结论太极拳蹲起动作在下肢生物力学特性上与标准屈髋蹲起有显著差异,这些差异有助于减轻膝关节负荷,具有潜在保护作用。太极拳蹲起通过更温和的下肢运动和优化的力量传递路径,减少了膝关节的冲击力和损伤风险,展现了其在运动训练和康复领域的应用潜力。

关键词： 圆锥角膜   正常角膜   眼内压   角膜形态   动力学响应   几何数据   局部形态   仿体  

摘要： 目的给出一种圆锥角膜仿体的构建方法,研究角膜局部形态和力学特性改变对角膜动力学响应(DCR)参数的影响。方法圆锥角膜具有局部形态凸出或局部力学特性减弱的特点。将硅胶和不同量的硅油混合制作成不同弹性模量的角膜仿体材料;依据正常人眼角膜和圆锥角膜的几何数据,分别设计正常角膜和局部形态凸出的圆锥角膜模具。利用两种模具和不同弹性模量的角膜仿体材料,分别制作正常角膜仿体、旁中央形态凸出的角膜仿体、旁中央力学特性变弱的角膜仿体和旁中央形态凸出且力学特性变弱的角膜仿体。利用Corvis ST测试平台,获取4种角膜仿体的DCR参数,研究角膜局部形态和力学特性改变对DCR参数的影响。结果在多个眼内压下,4种角膜仿体的部分DCR参数(DA、HR、IR、A1T、A2T和A1V)存在显著性差异。与正常角膜仿体相比,旁中央形态凸出且力学特性变弱的角膜仿体的DCR参数变化最显著,次之是旁中央力学特性变弱角膜仿体,旁中央形态凸出的角膜仿体的DCR参数变化最小。结论角膜形态和力学特性的改变都会影响角膜动力学响应参数,相较于形态的改变,力学特性的改变对角膜动力学响应的影响更大。

关键词： 前庭系统   慢性踝关节不稳   屈曲角度   生物力学分析   三维测力台   踝关节   补偿作用   地面反作用力  

摘要： 目的探究视觉因素对单侧慢性踝关节不稳者下落着地影响的生物力学分析。方法采用运动捕捉系统和三维测力台对20名右踝患有慢性踝关节不稳的男性在睁眼和闭眼条件下进行30 cm高度的单腿下落测试,采集运动学和动力学数据。结果(1)最初触地时刻患侧与健侧膝关节在闭眼条件下屈曲角度均大于睁眼条件(P<0.05)、触地后患侧膝关节在闭眼条件下的最大屈曲角度和角度变化量大于睁眼条件(P<0.05)、患侧膝关节最大屈曲角度大于健侧膝关节最大屈曲角度(P<0.05);(2)触地前100 ms患侧踝关节在闭眼条件下屈曲角度小于睁眼条件(P<0.05)、触地后患侧踝关节在闭眼条件下最大屈曲角度和角度变化量大于睁眼条件(P<0.05);(3)患侧与健侧踝关节在闭眼条件下垂直方向地面反作用力峰值对应的时间均晚于睁眼条件(P<0.05)、落地稳定时间均长于睁眼条件(P<0.05);(4)患侧踝关节在闭眼条件下的向前、向后及垂直地面反作用力峰值均大于睁眼条件(P<0.05)。结论在视觉缺失的条件下,踝关节不稳者在落地阶段的地面反作用力峰值增大,关节的屈曲角度增大,落地时发生损伤的几率也增大。与健康人相比,踝关节不稳者的前庭系统和感官系统发生了变化,视觉能够对踝关节不稳者落地保持稳定起到补偿作用,以弥补前庭系统和感官系统发生的变化。

关键词： 泥石流   形成机理   动力学参数   危险性评价  

摘要： 下碑寺乡泥石流属于典型的沟谷型稀性暴雨泥石流,流域面积约26.3 km 2。本文在分析下碑寺泥石流基本特征的基础上,研究该区域泥石流的形成机理,重点评价泥石流动力学参数,通过对下碑寺泥石流的容重,流速,流量及单次泥石流过程冲出量等参数的计算与分析,对泥石流的形成规模及发展趋势进行了定量的评估。运用泥石流单沟危险度计算公式,对泥石流危险等级进行定性分析。通过泥石流预测模型,并结合数值计算结果分析,对泥石流堆积区的危险范围进行评估。针对泥石流的发育条件、危害程度和威胁对象等因素,对泥石流防治提出指导性建议。

关键词： 列车模型   参数辨识   混沌算法   优化方法  

摘要： 针对列车动力学参数未知问题,设计基于混沌优化算法的非线性列车模型参数辨识方法。将高速列车参数估计问题转化为优化问题,给出混沌优化参数估计框架,采用变尺度优化方法,在搜索进程中不断缩小优化变量的搜索空间及二次搜索调节系数,提高搜索精度。计算机仿真验证算法的有效性和可行性,基本混沌优化算法的参数辨识相对误差较遗传算法提高26.8%,基于变尺度混沌优化算法的参数辨识相对误差较基本算法提高了48.7%。

关键词： 地面反作用力   下肢生物力学   运动性疲劳   男子篮球运动员   配对样本t检验   折返跑   前交叉韧带损伤   球类运动  

摘要： 目的单腿落地动作作为一项基本的运动技术,在球类运动中的使用十分频繁。而疲劳作为运动中常见的现象会对运动员的下肢生物力学参数及赛场表现产生影响,甚至会增加损伤发生的风险。方法招募18男子篮球运动员,疲劳诱导采用垂直跳跃和折返跑冲刺的方式。采用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集运动学和动力学数据,采用配对样本t检验进行统计分析,显著性水平α=0.05。结果(1)运动学:疲劳后,与疲劳前相比,在初始触地时刻和垂直地面反作用力峰值时刻髋、膝、踝关节屈曲角度均显著增大(P<0.05),膝关节外翻角度显著增大(P<0.05),踝关节内翻角度显著增大(P<0.05);(2)动力学:疲劳不会对单腿落地时垂直地面反作用力峰值产生影响(P>0.05)但胫骨前向剪切力显著增大(P<0.05);(3)稳定性:疲劳后落地稳定时间显著增加(P<0.05)、COP轨迹长度和COP椭圆面积显著增加。结论运动性疲劳会导致运动员下肢运动学、动力学及稳定性发生改变,并且在降低运动表现的同时可能会增加前交叉韧带损伤的风险。本研究结果可提供理论知识帮助教练员以及运动员减少由疲劳导致的损伤风险。

关键词： 地面反作用力   下肢肌肉   非负矩阵分解   跑步   关节角度   关节力矩   表面肌电   显著差异  

摘要： 目的探究跑步时佩戴双向带对下肢肌肉协同的影响,阐明双向带对胫骨结节骨骺炎的防护效果。方法16名参与者分别在佩戴和不佩戴双向带的情况下以自选速度跑步,使用具有10个摄像头的运动捕捉系统、两个嵌入地板的测力平台和表面肌电采集系统记录参与者跑步时的运动学、地面反作用力以及下肢主要肌肉表面肌电数据。使用非负矩阵分解从肌电数据中提取肌肉协同,分析肌肉协同个数和肌肉激活权重。Open Sim用于仿真计算关节角度和关节力矩。配对t检验用于探究双向带是否会对关节角度和关节力矩产生影响,肌肉协同个数以及肌肉权重之间的比较使用符号秩和检验完成。结果参与者在佩戴和不佩戴双向带跑步时,肌肉协同个数没有显著差异(P=0.083),肌肉激活权重则随着双向带的使用而改变。佩戴双向带时,负责站立相推进阶段肌肉协同中的膝关节伸肌激活权重显著降低,膝关节伸膝力矩峰值也显著降低(P=0.001),两种情况下的膝关节伸展角度没有显著差异(P=0.501)。结论胫骨结节骨骺炎的发生、发展与胫骨结节所受负荷相关,研究结果表明佩戴双向带能够通过调整跑步过程中基本的肌肉协同作用降低胫骨结节处所受负荷,有利于胫骨结节骨骺炎的防护。

关键词： 高空气球   方位控制   拉格朗日建模   递推最小二乘   参数辨识  

摘要： 用于天文观测的高空气球姿态控制系统是一种软联结控制系统,其控制稳定性与气球吊舱的运动特性有重要关系。使用拉格朗日方程对球舱方位通道的运动学特性进行建模,并使用基于最小递推二乘的算法对球舱方位通道模型中的扭转刚度和阻尼系数进行离线辨识。与传统的稳定性分析方法相比,所提方法进一步揭示了系统控制稳定性与系统的关系和球舱方位控制运动特性,为高空气球吊舱姿控系统的设计及优化提供了重要参考。