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An experimental characterization of human torso motion
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作者 CAFOLLA CECCARELLI I-Ming CHEN 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2015年第4期311-325,共15页
The torso plays an important role in the human-like operation of humanoids. In this paper, a method is proposed to analyze the behavior of the human torso by using inertial and magnetic sensing tools. Experiments are ... The torso plays an important role in the human-like operation of humanoids. In this paper, a method is proposed to analyze the behavior of the human torso by using inertial and magnetic sensing tools. Experiments are conducted to characterize the motion performance of the human torso during daily routine operations. Furthermore, the forces acting on the human body during these operations are evaluated to design and validate the performance of a humanoid robot. 展开更多
关键词 experimental biomechanics human torso analysis inertial sensor CHARACTERIZATION
原文传递
步枪弹侵彻背部穿硬防护人体靶标钝击效应研究
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作者 汪萌 温垚珂 +1 位作者 徐诚 许倞 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期119-127,共9页
针对枪弹侵彻穿防弹衣人体背部产生脊柱脊髓钝性损伤,建立了DBP10式5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模型,采用JHB本构和基于Abaqus二次开发的VUMAT本构分别模拟SiC陶瓷和UHMWPE层合板;开展了5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级Si... 针对枪弹侵彻穿防弹衣人体背部产生脊柱脊髓钝性损伤,建立了DBP10式5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模型,采用JHB本构和基于Abaqus二次开发的VUMAT本构分别模拟SiC陶瓷和UHMWPE层合板;开展了5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模拟,通过基于高速摄影的弹道实验结果对比验证了数值模型的准确性;基于枪弹侵彻防弹插板的数值模拟结果,开展了5.8 mm步枪弹以910 m/s入靶速度侵彻背部穿硬防护人体躯干靶标的数值模拟,明确了步枪弹击中防弹衣后压力波在肌肉-脊柱内的传导规律,还原了枪弹侵彻过程中人体典型器官(心、肝、肺、胃等)的应力波传递过程。结果表明:人体背部在枪弹钝击作用下会在脊椎椎骨上产生瞬时高应力,可能导致椎骨骨折、椎间盘突出和脊柱不稳定;致伤点T10椎体后方脊髓最大应力为1.04 MPa,可能导致脊髓改变;对脊髓上应力与加速度线性回归分析表明,压力与加速度呈正相关。 展开更多
关键词 钝性损伤 防弹插板 数值模拟 步枪弹 人体躯干
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上躯干皮肤温度冷热变化与热量调节区划分
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作者 丁小蝶 唐虹 +1 位作者 高强 张成蛟 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期147-154,共8页
针对制冷与加热一体式服装中冷热调节区域设计问题,以皮肤温度为依据,探究人体受冷热环境影响上躯干各部位的冷热需求程度。分别测量冷与热2种环境下,青年男子在静坐、站立、步行、快走4种运动状态中上躯干不同区域的皮肤温度,分析各部... 针对制冷与加热一体式服装中冷热调节区域设计问题,以皮肤温度为依据,探究人体受冷热环境影响上躯干各部位的冷热需求程度。分别测量冷与热2种环境下,青年男子在静坐、站立、步行、快走4种运动状态中上躯干不同区域的皮肤温度,分析各部位皮肤温度变化来判断人体局部区域的冷热情况,对皮肤温度变化值采用聚类分析来进行冷热调节区域的划分。结果表明:在冷环境下,人体上躯干皮肤温度在任一状态下侧胸、后肩温度均较低,且在静坐、站立阶段中明显低于人体平均皮肤温度;热环境下,任一状态下前肩、后肩温度均较高,前肩、后肩、中背明显高于人体平均皮肤温度,故侧胸、前肩及后肩等部位的冷热需求是功能服装设计的重点。 展开更多
关键词 皮肤温度 运动状态 上躯干皮肤区域划分 人体热舒适性 功能服装
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利用有限元研究非贯穿弹道冲击防弹衣后人体躯干的力学响应 被引量:11
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作者 董萍 陈菁 +4 位作者 张启宽 康建毅 刘海 张良潮 徐诚 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期270-275,共6页
目的通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具Hy-perMesh进行人体躯干有限元建模,在显式... 目的通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具Hy-perMesh进行人体躯干有限元建模,在显式动力有限元分析软件LS-DYNA中对速度为360 m/s的9 mm手枪弹弹头撞击装配有软质防弹衣人体躯干的压力、加速度响应进行数值计算。结果建立了包括胸廓骨骼结构、脏器、纵膈和肌肉/皮肤的人体躯干有限元模型,通过数值计算获得了心脏、肺脏、肝脏、胃的压力响应以及胸骨的加速度响应,发现不同脏器之间或同一脏器的不同位置,离弹头撞击点位置的远近决定了压力峰值的大小和出现压力峰值的时间。结论装配有软质防弹衣的人体躯干有限元计算模型可作为非贯穿弹道冲击下人体力学响应的仿真分析工具,仿真结果可为防弹衣后钝性损伤机制和防护研究提供依据。 展开更多
关键词 弹道冲击 防弹衣 人体躯干 力学响应 有限元分析
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步枪弹对复合防护人体上躯干冲击有限元分析 被引量:9
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作者 徐诚 陈菁 +3 位作者 张起宽 康建毅 董萍 刘海 《弹道学报》 CSCD 北大核心 2014年第3期92-97,共6页
对高速步枪弹撞击带复合防护人体上躯干冲击响应进行了有限元建模和数值计算分析,以CT扫描获取人体上躯干建模源图像,建立了包括皮肤、肌肉、胸廓骨骼结构、主要内脏器官和纵膈在内的人体上躯干有限元模型;根据步枪弹高速侵彻特点,建立... 对高速步枪弹撞击带复合防护人体上躯干冲击响应进行了有限元建模和数值计算分析,以CT扫描获取人体上躯干建模源图像,建立了包括皮肤、肌肉、胸廓骨骼结构、主要内脏器官和纵膈在内的人体上躯干有限元模型;根据步枪弹高速侵彻特点,建立了软硬复合防弹衣有限元模型,利用显式非线性有限元方法对高速步枪弹撞击带软硬复合防护衣的人体上躯干的冲击响应进行数值计算,获得了皮肤、胸骨、心脏、肺脏、肝脏以及胃的动态冲击响应情况。计算结果与实验结果的对比验证了有限元计算模型的正确性,数值计算结果定量揭示了人体上躯干靶标动力响应特性和软硬复合防弹衣后人体钝性损伤时压力传递机制,为冲击效应与损伤评估提供了基本数据,为数值模拟步枪弹高速钝击有软硬复合防护的人体靶标作用效应提供了一种有效方法。 展开更多
关键词 步枪弹 人体躯干 有限元模型 力学响应 创伤弹道
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手枪弹钝性冲击下人体躯干的力学响应 被引量:2
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作者 郭泽荣 唐帆 +2 位作者 袁梦琦 钱新明 杜志明 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期884-891,共8页
为了研究防弹衣后钝性伤的产生机制和人体躯干的力学响应,建立了由皮肤、肌肉、横膈膜、内脏器官和骨骼组成的人体躯干模型。基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,模拟初速度为515 m/s的手枪弹对带复合防弹结构的人体躯干的钝性损伤过程,... 为了研究防弹衣后钝性伤的产生机制和人体躯干的力学响应,建立了由皮肤、肌肉、横膈膜、内脏器官和骨骼组成的人体躯干模型。基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,模拟初速度为515 m/s的手枪弹对带复合防弹结构的人体躯干的钝性损伤过程,并验证防弹衣后钝性伤模型的有效性。结果表明,复合防弹结构能抵抗手枪弹的射击而不被击穿,但手枪弹能量仍通过复合防弹结构传递给人体躯干,从而造成人体组织器官的损伤,并且组织器官与弹着点之间的距离决定了组织器官的力学响应参数。皮肤凹陷深度为4. 98 mm,胸壁最大向内运动速度为6. 42 m/s,基于《警用防弹衣》标准和Axelsson损伤模型得到人体躯干的损伤分别为无伤和轻伤-中伤,则现有防弹衣性能评价标准无法准确评估防弹衣的防护性能。 展开更多
关键词 安全工程 人体躯干 复合防弹结构 防弹衣后钝性伤 力学响应 数值模拟
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手枪弹入靶参数对软防护人体钝击影响分析 被引量:1
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作者 孙非 闫文敏 +2 位作者 张俊斌 王永娟 徐诚 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期215-221,共7页
为研究手枪弹入靶参数对带软防护人体钝击效应影响情况,基于人体上躯干数字模型,建立了手枪弹钝击带软防护人体上躯干的有限元计算模型,分别以3种入靶速度撞击心脏、肝脏、肺脏和胃4个部位,基于有限元法对手枪弹钝击带软防护人体上躯干... 为研究手枪弹入靶参数对带软防护人体钝击效应影响情况,基于人体上躯干数字模型,建立了手枪弹钝击带软防护人体上躯干的有限元计算模型,分别以3种入靶速度撞击心脏、肝脏、肺脏和胃4个部位,基于有限元法对手枪弹钝击带软防护人体上躯干的冲击响应进行数值计算,仿真结果定量揭示了手枪弹在不同入靶速度和位置下,钝性带防弹衣的人体产生损伤的压力传递机制及入靶参数对钝击效应影响规律,为软防护冲击效应分析与损伤评估提供了基本数据。 展开更多
关键词 手枪弹 人体上躯干 软防护 冲击响应 有限元模型
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人体躯干模型中肺的存在对体表电位分布的影响 被引量:2
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作者 姚德贵 何为 《生物物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第4期748-754,共7页
在所建三维人体躯干模型的基础上 ,给出了如何应用边界元方法对非均匀人体场域进行求解。在设定心外膜电位分别呈现为单偶极子和双偶极子时 ,求出相应非均匀场域中的体表电位分布 ,并将它们与相同情况下均匀场域的体表电位分布进行分析... 在所建三维人体躯干模型的基础上 ,给出了如何应用边界元方法对非均匀人体场域进行求解。在设定心外膜电位分别呈现为单偶极子和双偶极子时 ,求出相应非均匀场域中的体表电位分布 ,并将它们与相同情况下均匀场域的体表电位分布进行分析比较。结果表明 :躯干模型中肺的存在虽然对体表电位中极值的大小和位置没有太大影响 ,但却较大程度地改变了整个体表电位的分布状况.具体地说,就是由于肺的存在使得体表电位值较均匀时的相对误差高达73.6 % ,而相关系数只有0.851。 展开更多
关键词 人体躯干模型 体表电位分布图 心电图
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A new magneto-cardiogram study using a vector model with a virtual heart and the boundary element method 被引量:2
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作者 张琛 寿国法 +5 位作者 陆宏 华宁 唐雪正 夏灵 马平 唐发宽 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第9期348-352,共5页
A cardiac vector model is presented and verified, and then the forward problem for cardiac magnetic fields and electric potential are discussed based on this model and the realistic human torso volume conductor model,... A cardiac vector model is presented and verified, and then the forward problem for cardiac magnetic fields and electric potential are discussed based on this model and the realistic human torso volume conductor model, including lungs. A torso-cardiac vector model is used for a 12-lead electrocardiographic (ECG) and magneto-cardiogram (MCG) simulation study by using the boundary element method (BEM). Also, we obtain the MCG wave picture using a compound four-channel HTc.SQUID system in a magnetically shielded room. By comparing the simulated results and experimental results, we verify the cardiac vector model and then do a preliminary study of the forward problem of MCG and ECG. Therefore, the results show that the vector model is reasonable in cardiac electrophysiology. 展开更多
关键词 magneto-cardiogram cardiac vector model boundary element method realistic human torso
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心外膜电位重构中边界条件不完全的仿真研究
10
作者 黄嵩 何为 姚德贵 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 2004年第4期527-530,共4页
在建立三维非均匀仿真人体躯干模型的基础上 ,运用边界元法就边界条件不完全对心外膜电位分布图(Epicardial potential m ap,EPM)重构产生的影响进行了研究。经逆向模拟计算及成像对比分析 ,表明只要不完全的边界条件包含体表电位极值区... 在建立三维非均匀仿真人体躯干模型的基础上 ,运用边界元法就边界条件不完全对心外膜电位分布图(Epicardial potential m ap,EPM)重构产生的影响进行了研究。经逆向模拟计算及成像对比分析 ,表明只要不完全的边界条件包含体表电位极值区域 (临床出现在人体胸部 ) ,则所得心外膜电位就能达到满足临床应用的精度要求 ,并减少了体表电位检测数据量 ,使心外膜重构的临床应用成为可能。 展开更多
关键词 边界条件不完全 仿真 心外膜电位图 人体躯干模型 心电图 心外膜电位重构
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基于椭圆傅里叶算法的青年女性躯干形态分类 被引量:1
11
作者 杨杰 支阿玲 吴巧英 《丝绸》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期34-41,共8页
为探究人体躯干形态间的差异,本文于212份人体三维点云数据中随机选择120个样本进行过胸凸矢状轮廓曲线的提取,结合椭圆傅里叶分析对轮廓曲线进行研究。计算并分析不同最大谐波次数下的拟合误差,确定实验用最大谐波次数为15;运用15次谐... 为探究人体躯干形态间的差异,本文于212份人体三维点云数据中随机选择120个样本进行过胸凸矢状轮廓曲线的提取,结合椭圆傅里叶分析对轮廓曲线进行研究。计算并分析不同最大谐波次数下的拟合误差,确定实验用最大谐波次数为15;运用15次谐波对所有样本的轮廓曲线进行椭圆傅里叶变换,获取能客观描述曲线形态的规格化描述子。通过对规格化后的描述子进行主成分分析,最终提取10个主成分。利用混合F统计量确定最佳分类数,以成分得分为依据,运用K-means聚类方法将样本形态分为5类。研究得出:各分类之间于肩部、胸部、腹部、臀部、后背弯曲程度及侧面厚度等方面均存在较为明显的差异,依据椭圆傅里叶描述子可以对躯干形态进行合理有效的分类。 展开更多
关键词 人体躯干形态 体型分类 轮廓曲线 椭圆傅里叶 主成分分析 聚类分析
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防暴动能弹终点效应测试靶标研究进展 被引量:2
12
作者 王辛桐 汪送 《测试技术学报》 2022年第6期468-478,485,共12页
为科学评估防暴动能弹的致伤威力,建立可靠的终点效应测试靶标,基于靶标结构特性,将现有测试靶标划分为生物靶标、物理靶标、仿生靶标和数值靶标4类,并通过系统综述已有相关文献,对比分析了各类靶标的结构特点、应用场景、可测参数、损... 为科学评估防暴动能弹的致伤威力,建立可靠的终点效应测试靶标,基于靶标结构特性,将现有测试靶标划分为生物靶标、物理靶标、仿生靶标和数值靶标4类,并通过系统综述已有相关文献,对比分析了各类靶标的结构特点、应用场景、可测参数、损伤判据及其优缺点.研究发现,当前对生物靶标和仿生靶标的研究进展缓慢;数值靶标仿真程度高,但器官、骨骼等材料特性,特别是动载荷下的材料响应特性未知,导致难以真实反应人体在实际冲击中的损伤效应;物理靶标中的人体躯干模型相较目前已有的假人靶标而言,具有解剖结构相似程度高、骨骼内脏受压情况可测等优点,但仍具有内部损伤不可验证等缺陷,结合实际需求指明了测试靶标的下一步发展方向. 展开更多
关键词 防暴动能弹 钝性弹道冲击 物理靶标 数值靶标 人体躯干物理模型
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