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关键词： 反手拧拉   动作捕捉技术   地面反作用力  

摘要： 本研究通过使用动作捕捉系统来比较乒乓球业余运动员和专项运动员在完成反手拧拉技术动作的不同阶段中,关节角度、角速度、移动速度和地面反作用力的变化情况,,究业余运动员完成反手拧拉技术动作时的变化特征及影响因素。 首先搭建动作捕捉系统,调试好测试环境后。通过动作捕捉系统对5名专项运动员的反手拧拉动作技术进行测试。在收集数据后,对这些数据进行了严谨的分析与处理。最终,建立了一套关于专项运动员完成反手拧拉动作技术时各关节角度、角速度、移动速度以及地面反作用力的标准数据范围。 然后通过动作捕捉系统对10名业余运动员进行第一次反手拧拉动作技术测试,将业余运动员的动作数据与标准数据范围进行对比分析,得出结论发现业余运动员在完成反手拧拉动作技术时,腕关节、髋关节和膝关节角度的变化小于专项运动员。肘关节、肩关节和膝关节的角速度大于专项运动员,而腕关节、髋关节和踝关节的角速度则小于专项运动员。腕关节、肘关节和踝关节的移动速度低于专项运动员。垂直方向和前后方向上受到的地面反作用力小于专项运动员,业余运动员在左右方向上受到的地面反作用力略小于专项运动员。这些结果表明业余运动员在完成反手拧拉技术时,在控制球拍的角度和方向上、动作节奏和力量控制上、重心变化与脚上发力、调整身体位置关系和保持身体平衡以及各关节协调配合上存在问题。 随后对业余运动员和专项运动员反手拧拉动作技术存在的差异进行深入分析,提出改进建议和训练方案,并进行了相应的训练。训练后,对业余运动员进行了第二次反手拧拉动作技术测试,并将前后两次测试的各项数据与标准数据范围进行了对比分析。通过对比分析,发现业余运动员在反手拧拉动作技术的各项数据指标上有了明显的提升,更加接近专项运动员的标准数掘范围。证明了业余运动员的技术水平在经过本研究对比和分析的指导和训练后,得到了明显提高。凸显了动作捕捉系统在分析动作技术方面的准确性与可靠性,为业余运动员技术水平的提升提供了有力帮助。

关键词： 高速摄影   颗粒群   空泡动力学   开尔文冲量   液体速度场  

摘要： 在工程中,水力机械的过流部件通常会因空化侵蚀或颗粒磨损而受到损坏。当空泡与泥沙颗粒在流体中同时出现时,它们之间的协同作用会加速过流部件的破坏。泥沙颗粒在含沙水流中通常以颗粒团簇的形式存在,多个颗粒对空泡的综合作用加剧了空泡溃灭过程的复杂性。因此,仍需进行系统的研究,深入理解颗粒群与空泡之间协同作用的潜在机理,例如空泡在颗粒群邻近区域的形态演变和射流行为。本文将三个等大颗粒以等边三角形的形式进行布置,分别研究了空泡位于三颗粒中心位置、水平对称位置、非对称位置时的动力学行为。首先,搭建了三颗粒与激光诱导空泡相互作用的实验平台,利用高速摄影技术对空泡形态演变以及形心移动情况进行实验观测。然后,基于Weiss定理构造了三颗粒共同作用下的空泡移动特性的有效预测模型,探明了三颗粒中间的冲量平衡位置,并推导了空泡周围液体速度场的计算公式。随后,综合理论和实验结果,分析了相关核心参数对空泡动力学行为的影响规律。最后,分析了空泡附近液体速度场的主要影响机制。研究得到的主要成果如下: 当颗粒与空泡间相对距离不同时,空泡将呈现不同的溃灭形态。当空泡位于三颗粒中心位置时,在不同的颗粒与空泡间相对距离下,空泡的溃灭形态呈现出“花朵形”、“三角形”和“圆形”三种形态。当空泡位于三颗粒水平对称位置时,根据不同的空泡初始位置,空泡溃灭形态将呈现出“等腰三角形”、“等边三角形”和“拱形”三种形态,并且可能出现与形心移动方向相同的射流。当空泡位于三颗粒非对称位置时,空泡溃灭形态会呈现出非均匀性和非对称性。且随着空泡与颗粒间相对距离的减小,空泡泡壁周围液体速度大小的不均匀性越明显,空泡的溃灭形态会更偏离球形。 通过计算空泡附近的液体速度场,能有效预测空泡溃灭阶段的形态演变情况。在溃灭阶段,由于颗粒的存在,空泡周围液体压力分布不均匀,空泡与颗粒间隙间的液体压力小于其他位置的液体压力,故颗粒附近的泡壁内外压力差小于其它位置的压力差,该处的液体速度低于其它位置的液体速度。这导致在忽略表面传质的情况下,颗粒附近泡壁的收缩速率低于其他位置的收缩速率。 空泡与颗粒之间的相对位置关系会显著影响空泡的开尔文冲量和形心移动距离的强度和方向。当空泡靠近任意颗粒时,随着空泡与颗粒间的相对距离减小,开尔文冲量的绝对值会增大,冲量的方向指向与颗粒距离最近的颗粒。在三颗粒附近,存在4个位置,该处开尔文冲量为零,在这些位置周围,随着空泡初始位置的改变,冲量方向变化十分显著。此外,当空泡初始位置偏离三个颗粒的中心位置时,空泡在溃灭过程中会发生移动,移动方向与空泡所受的Bjerknes力的合力方向相同,并且形心的移动距离会随着相对距离的减小而增大。 基于Weiss定理,单个颗粒对流场的影响可以看作虚拟泡和均匀线汇的组合,两者具有相反的效果,虚拟泡的存在使泡壁周围的液体速度下降,而均匀线汇的存在会使液体速度增加,其中虚拟泡对流场的影响程度较大。颗粒对空泡与颗粒之间的液体速度的影响主要表现为虚拟泡的形式,这导致该区域的液体速度明显低于周围的其他区域。

关键词： 鲁米诺   电化学氧化机制   吸附效应   动力学参数   伏安法   有限元模拟  

摘要： 鲁米诺作为被广泛使用的经典的电化学发光(ECL)试剂之一,基于鲁米诺构建的电化学发光体系具有操作简单、灵敏度高、可控性好、背景噪声低和动态范围宽等诸多优势。目前,鲁米诺ECL体系已在分子检测、生物传感、免疫测定和临床诊断等各个领域中发挥其强大的作用,表现出较高的应用价值。然而,据我们所知,鲁米诺电化学氧化过程的详细机制和动力学过程仍不明确,其氧化过程中存在的吸附效应也未被系统地分析。本论文主要围绕使用伏安法检测鲁米诺的电化学氧化过程、构建理论模型描述反应的动力学和机理展开,进一步探究了鲁米诺及其衍生物/类似物体系中吸附效应的存在及影响,并分析了分子结构、体系p H条件等因素的影响,初步实现了对ECL强度的预测。具体研究内容如下: 1.借助伏安法测试和有限元物理场模拟技术,提出了一个描述鲁米诺(及鲁米诺衍生物)电化学氧化过程的更详细的理论模型,并采用有限元物理场模拟技术分析了碱性溶液中鲁米诺体系的电子转移动力学信息。通过调节体系的p H值,成功观察到了鲁米诺在玻碳电极上吸附效应的存在。吸附效应在高p H条件下(p H≥13)可忽略,p H降为12时难以被忽略。借助构建的理论模型实现了对该吸附效应的定量分析,并得出了相关动力学参数和吸附参数。 2.基于对鲁米诺体系中吸附效应的定性和定量分析,进一步对鲁米诺衍生物(PHT、3-nitro PHT)、与鲁米诺结构类似的ECL发光试剂(ABEI、L-012)体系中的电化学氧化过程和吸附效应进行了探究,并且分析了分子结构与吸附效应之间的联系。研究结果表明分子结构不仅会影响氧化过程,也会对吸附效应的强弱产生影响。通过基于朗格缪尔等温式(Langmuir isotherm)构建的理论拟合模型,对一系列p H条件下邻苯二甲酰肼(PHT)体系中吸附效应的定量分析,发现了饱和表面浓度Γs与体系p H之间的线性关系。该现象很有可能是OH-与PHT共同竞争电极表面的活性吸附位点导致的。 3.为了验证吸附效应对体系ECL强度的影响,测量了pH为13时不同电位扫描速率下鲁米诺和L-012体系中的ECL强度,在此p H下鲁米诺在玻碳电极表面的吸附效应可以忽略,而L-012在玻碳电极表面存在明显的吸附效应。实验发现L-012体系的ECL强度高于鲁米诺体系,证实了吸附效应对ECL强度的影响;随着电位扫描速率的增大,L-012的ECL强度高于鲁米诺的趋势更为明显。最后,通过构建的理论模型模拟了不同扫描速率下鲁米诺和L-012体系中的ECL强度,给出了理论上ECL强度随电位扫描速率的变化趋势,拟合结果与实验观测到的趋势一致。这一研究证实了吸附效应可以增强体系的ECL强度,并且这一增强效应会随着电位扫描速率的提高变得更为显著。这一发现为后续新型发光试剂的开发以及ECL测试方法的改进提供了一定帮助。

关键词： 超快速动态增强磁共振   乳腺肿块   乳腺癌   乳腺纤维瘤   动力学参数  

摘要： 目的:评估超快速动态增强磁共振(Ultrafast dynamic contrastenhanced magnetic resonance imaging,UF-DCE MRI)动力学参数MS及TTE在预测乳腺肿块良恶性方面的可行性。 材料及方法:该研究回顾收集南华大学附属第一医院2022年9月-2023年2月间符合条件的57例乳腺肿块患者术前均行乳腺UF-DCE MRI检查。根据乳腺肿块的术后病理结果,将总共65个病灶分为恶性组和良性组。收集患者的UF-DCE MRI动力学参数最大斜率(Max slope,MS)和增强时间(Time-to-enhancement,TTE)、患者乳腺肿块病理学特征、肿块形态学参数及相关临床信息。Student t检验或Mann–Whitney U检验比较连续变量,χ2检验或Fisher精确检验比较分类变量,双侧p<0.05被认为有统计学差异。采用Logistic回归分析各类变量和良恶性组之间的关联绘制受试者工作特征(Receiv er operating characteristic,ROC)曲线,使用曲线下面积(Areas under the curve,AUC)评估预测性能。 结果:65个乳腺肿块中,33个(50.7%,33/65)为恶性组,32个(49.3%,32/65)为良性组。在乳腺肿块形态学及MRI影像学参数的比较中,两组间的肿块在乳腺的左右分布、象限分布、肿块最大径等方面的差异均无统计学意义(p>0.05)。两组间的乳腺肿块形态、有无毛刺、有无腋窝肿大淋巴结、常规动态增强曲线类型等方面的差异均有显著性差异(p<0.01)。在肿块的动力学参数中,两组间的MS,TTE值均有显著差异(p<0.001)。单因素和多因素logistic回归分析显示,肿块的形态(OR,15.791[95%CI:1.193-209.36];p=0.036),MS(OR,40.030[95%CI:4.256-376.501];p=0.001)和TTE(OR,0.024[95%CI:0.003-0.200];p=0.003)对恶性肿块保持独立预测意义。ROC曲线分析显示,MS,TTE在鉴别方面表现出良好的诊断性能,AUC分别为0.7831,0.7898,具有较好的预测效能。 结论:UF-DCE MRI动力学参数MS及TTE在一定程度上可帮助预测乳腺肿块的良恶性。

关键词： 力触觉反馈设备   动力学建模   激励轨迹   参数辨识   迭代加权最小二乘法  

摘要： 随着信息化社会的快速发展和智能化需求的日益增长,人机交互技术逐渐成为科技研究的重要领域。力触觉反馈设备作为人机交互技术的重要组成部分,正逐渐在医疗、虚拟现实、仿真训练等领域展现出广阔的应用前景。然而,在实际应用中,力触觉反馈设备的性能往往受到动力学参数的影响。这些参数不仅决定了设备的运动特性和响应速度,还直接关系到用户在使用过程中的体验感受。因此,对力触觉反馈设备的动力学参数进行辨识研究,对于提升设备性能、优化用户体验具有重要意义。目前国内的力触觉反馈设备主要依赖进口,关键技术的垄断以及高昂的产品价格,导致力触觉反馈设备已成为限制国产虚拟现实技术和虚拟手术整体行业发展的一项卡脖子技术。因此,开展国产力触觉反馈设备的研究与开发,制造出具备自主知识产权、性能优良的力触觉反馈设备具有极为重要的意义。 针对上述提出的问题,本文以国产六轴力触觉反馈设备为研究对象,对其进行动力学参数辨识研究,主要内容如下: 1、为了提高动力学模型精度,提出了一种新的改进摩擦力模型。首先,采用改进D-H法建立力触觉反馈设备运动学模型,并推导出雅克比矩阵。随后,基于牛顿-欧拉法,进一步建立了力触觉反馈设备动力学模型,并在建模过程中充分考虑了摩擦力因素的影响,通过对力触觉反馈设备的关节进行摩擦实验,根据实验结果,提出了一种在库伦-粘滞摩擦模型基础上增加高速补偿项的新的改进摩擦模型,提高了动力学模型精度。最后,利用蒙特卡洛法绘制了力触觉反馈设备的工作空间云图,检验其在空间运动的工作特性。 2、采用了一种有效的参数重组方法,进而获取了前三个关节所要辨识的最小参数集。在进行这项研究时,首先运用平行轴定理,对非线性的动力学模型进行了线性化处理。由于力触觉反馈设备后三个关节不提供反馈力且未安装电机,将其化简为三关节模型。随后,通过直接重组参数的方法,递推得出待辨识动力学最小参数集。接着,为了充分激励模型,对不同的轨迹模型进行深入讨论与分析,决定采用有限项傅里叶级数来构建激励轨迹。最后,在尽可能充满整个工作空间的范围内,选择回归矩阵的条件数作为优化指标,选用了差分进化算法对轨迹进行优化处理。 3、为了提高辨识的精度,设计了一种迭代加权最小二乘辨识算法。首先,在搭建的实验平台中,使力触觉反馈设备按照优化后的激励轨迹进行运行,同时实时收集数据。把采集到的数据经过一系列的滤波技术处理,包括均值滤波、巴特沃斯低通滤波以及零相位移滤波,以确保数据的准确性。接着,分别使用传统最小二乘法和迭代加权最小二乘法进行参数辨识。随后,为了验证辨识实验的可靠性,运行了一条全新的轨迹,并将两种方法得到的辨识结果进行详尽的比较分析。最终,得出了辨识实验是可靠的,并通过均方根误差这一数值指标的分析,结果显示改进的方法在辨识效果上展现出了明显的优势。

关键词： 二硫化碳   苯   二氯甲烷   三氯甲烷   动力学参数   振动效应  

摘要： 原子分子的动力学参数,在天体物理、大气物理、环境科学和等离子体物理等领域都具有重要应用价值。二硫化碳和苯是重要的天文观测分子,二氯甲烷和三氯甲烷是重要的刻蚀分子。然而这四种分子的激发动力学参数的研究还不够系统和全面。另外,近些年的研究表明,分子振动会导致分子中的原子偏离其平衡构型,引起电子运动和振动运动的耦合,进而使得跃迁行为和跃迁动力学参数发生明显变化。在此背景下,本论文采用快电子能量损失谱方法,测量了二硫化碳、苯、二氯甲烷和三氯甲烷分子价壳层激发态的动力学参数,并结合理论计算,研究了振动效应对二硫化碳和苯分子价壳层激发态广义振子强度的影响。具体研究内容和成果如下: 1.在1500eV入射电子能量、80meV的能量分辨下,测量了二硫化碳分子价壳层激发态的广义振子强度、光学振子强度和积分截面,其中大部分数据为首次报道。同时,我们计算了~ 1Σu-、1Δu、1Σu+和1Πg考虑振动效应的广义振子强度,并分析了不同振动模式对1Πg的影响。发现二硫化碳分子的弯曲振动模式（Πu）对电子态1Πg的影响很大,使其分裂为1A2和1B2。这解释了光吸收实验中能观察到禁戒跃迁1Πg的现象,解决了能级标识的争议。另外,通过比较发现,对于7.781 eV处的跃迁4pσ1Πu,之前的光吸收实验可能受到线饱和效应的影响导致其所测光学振子强度偏低; 2.在1500 eV入射电子能量、80 meV的能量分辨下,测量了苯分子1.5°～9°的电子能量损失谱,获得了其价壳层激发态的广义振子强度、光学振子强度和积分截面,其中1B2u（谱带Ⅰ）的广义振子强度为首次报道。借助理论,我们重新分析了苯分子价壳层激发谱带中包含的激发态,并计算了考虑振动效应的广义振子强度。发现苯分子的v2(E2g)振动模式对禁戒跃迁1B2u（谱带Ⅰ）的影响最大,使其零动量转移处有一定的激发强度。v16(E2g)振动模式对电偶极禁戒跃迁1～1B1u+1～1E1g（谱带Ⅱ）的影响非常显著,让其表现出了电偶极允许跃迁的特性; 3.在1500 eV入射电子能量、70 meV的能量分辨下,测量了二氯甲烷分子的电子能量损失谱,得到了其价壳层激发态的广义振子强度、光学振子强度和积分截面,其中广义振子强度为首次报道。现有文献中Lange等人（文献[204]）与Russell等人（文献[200]）使用光吸收方法报道的光学振子强度有明显差异。通过交叉检验发现,本研究与Lange等人的结果符合得很好,而Russell等人与本研究和Lange等人的结果相比整体偏小; 4.在1500eV入射电子能量、80meV的能量分辨下,测量了三氯甲烷分子的电子能量损失谱,得到了其价壳层激发态的广义振子强度、光学振子强度和积分截面。通过对比发现,本工作得到的广义振子强度与Ying等人（文献[228]）的结果有一定差异,本工作外推的光学振子强度也高于Russell等人（文献[200]）报道的结果。结合二氯甲烷的研究,我们认为本论文给出了精度更高的三氯甲烷的动力学参数。 本工作不仅补充完善了这四种分子价电子激发态动力学参数的基础数据库,也增加了人们对这些分子电子结构的认识以及价电子跃迁机理的理解。

关键词： 小型长寿期反应堆   次临界系统反应性测量   中子动力学参数   改进k-α迭代方法   节块展开法  

摘要： 小型长寿期压水堆作为先进核能技术,具有体积小、换料周期长、纯棒控和寿期初具有较大初始剩余反应性等特点,是多种场景下面的理想动力源。为保证小型长寿期堆芯的正常启动、停堆和机动运行,单根/单组控制棒价值高,小型长寿期堆芯安全可靠运行必须开展控制棒价值测量。传统的控制棒价值测量通常基于等价替换法,由于小型长寿期堆芯单组控制棒价值高,这些方法测量不仅耗时且存在瞬发临界事故风险。在次临界工况下开展控制棒价值测量具有固有安全性,堆芯在次临界状态下控制棒刻度、停堆深度测定的实质问题是覆盖宽范围的次临界反应性测量。 中子动力学参数的准确计算对于次临界系统下准确获得绝对反应性至关重要,传统计算软件因默认中子注量率分布为基波分布这一原则即基于λ本征值模式进行相关计算,keff的物理含义正好对应是最大的基波本征值λ1,同时φλ,1是反应堆临界系统下的中子注量率。但是在反应堆次临界系统下φλ,1无法表示任何的中子注量率,这也使得基于λ模式所开发的一系列传统计算程序在次临界甚至深次临界系统进行计算时无法获得准确的反应堆系统信息。因此面向次临界系统下中子动力学参数准确计算方法研究和绝对反应性准确计算对次临界系统反应性测量的发展具有重要意义。 本文为了服务小型长寿期反应堆在次临界系统下的反应性准确测量,从中子动力学参数准确计算方向入手,开展了适用于次临界系统的中子动力学参数计算方法研究,中子动力学参数主要包含:瞬发中子衰减常数α、缓发中子有效份额βeff和中子代时间Λ。首先,因目前瞬发中子衰减常数可以通过蒙特卡罗程序直接输出,所以本文针对瞬发中子衰减常数α开展计算方法研究,选择k-α迭代方法作为理论基础并结合次临界反应堆系统特性对k-α迭代方法进行改进,建立了适用于次临界反应堆系统的瞬发中子衰减常数α计算方法理论;其次,因目前蒙特卡罗程序无法直接输出共轭中子注量率（需要统计粒子的逆时间行为,该统计思路目前难以实现）,所以本文基于节块展开法作为理论基础,并将节块内部的一维中子平衡方程采用四阶多项式近似展开,对横向泄漏项采用二阶近似,引入剩余权重法和不连续因子,建立了适用于次临界反应堆系统的共轭中子注量率计算方法理论。最后,通过蒙特卡罗程序输出的α模式均匀化堆芯少群常数供节块展开法程序调用,同时结合结合蒙特卡罗程序输出的α模式正则中子注量率,建立了βeff和Λ在次临界反应堆系统的计算方法理论,开发了相对应的中子动力学参数计算程序DSKP,并进行校核验证。结果表明:（1）采用改进的k-α迭代方法进行α本征值、正则中子注量率和堆芯系统均匀化少群常数计算可以满足次临界系统计算需求。（2）采用节块展开方法对共轭中子注量率进行计算,可以精确获得次临度keff≥0.90的共轭中子注量率。（3）采用改进的k-α迭代和节块展开法“混合两步法”的思路可以准确获得次临界系统下的中子动力学参数进而获得绝对反应性。 本论文建立了一套适用于次临界系统的中子动力学参数计算方法和计算程序,并基于所开发程序以小型长寿期压水堆为应用对象,开展了可燃毒物对中子动力学参数影响因素研究,对完善长寿期反应堆次临界反应性测量具有重要作用。