圆弧形带状弹簧纯弯曲峰值力矩分析

带状弹簧的应用中,峰值力矩是一项重要的设计指标。基于Calladine对于圆管峰值力矩的预测模型,建立了带状弹簧反向弯曲时的应变能与弯矩解析模型,对带状弹簧的峰值力矩进行了预测。将带状弹簧弯曲分为截面扁平化和纵向弯曲两个阶段,截面扁平化过程中,将截面变形量用多项式表示,并根据最小势能原理求解多项式的系数,从而推导出弯矩表达式,求得峰值力矩。用ABAQUS软件建立带状弹簧反向弯曲的有限元模型,并将数值分析结果与理论模型计算结果进行比较,验证了理论模型的准确性。利用理论模型进行参数分析,考察了带状弹簧截面半径、圆心角和厚度对峰值力矩与Mises应力的影响规律。

青年男女膝关节屈伸肌群达到峰值力矩时关节角度变化规律的等速肌力测试

背景:人体各关节灵活程度不同,但屈伸运动都是具备的,在日常活动当中,屈伸运动也是最为常见的,但关节屈伸时在何角度产生的力矩是最大的呢?目的:掌握膝关节屈伸时发挥最大肌力的关节角度,为运动健身、训练提供理论指导。设计、时间及地点:对比观察,试验于2008-04/06在郑州大学体育学院实验室进行。对象:自愿参加测试的大学生男女各30名。方法:测试仪器使用澳大利亚产Kinitech等速肌力测试系统,按照Kinitech等速肌力测试系统手册要求对参试者膝关节进行固定并测试,3种测试速度为慢速60(°)/s、中速120(°)/s和快速240(°)/s。主要观察指标:膝关节屈伸肌群的峰值力矩、达到峰值力矩时关节角度。结果:在速度为60(°)/s时,男女左屈肌小于右屈肌达到峰值力矩的关节角度,且左伸肌小于右伸肌;男子右屈肌达到峰值力矩的关节角度大于左屈肌,且女子与男子相同。在速度为120(°)/s时,男子屈伸肌达到峰值力矩的关节角度差异不显著,女子右伸肌达到峰值力矩的关节角度大于左伸肌。在速度为240(°)/s时,男子左屈肌达到峰值力矩的关节角度大于右屈肌,而左伸肌和右伸肌差异不存在显著性。女子左右屈伸肌差异也不存在显著性。结论:自然发育下人体存在优势腿,在不同速度下达到峰值力矩的关节角度有所不同,在日常运动健身时尽可能的全面训练,使屈伸肌群得到全面发展。

4周超等长负重训练对青少年足球运动员峰值力矩和力量增长率的影响

通过负重情况下4周超等长训练,探讨其对青少年足球运动员下肢峰值力矩和力量增长率的影响。结果发现:受试者的伸肌力量增长率在中高速下均有显著增长,峰值力矩并未显著提升;受试者的屈肌群峰值力矩及力量增长率均有一定提升。结论:4周的超等长负重训练能显著提升青少年男子足球运动员中高速伸肌肌力,显示超等长负重训练能有效提升运动员的爆发力。

功能性踝关节不稳患者踝关节背伸/跖屈和外翻/内翻峰值力矩比值与姿势控制能力的相关性研究

目的:探讨功能性踝关节不稳(FAI)患者踝关节背伸/跖屈(D/P)和外翻/内翻(E/I)峰值力矩比值与其姿势控制能力的相关性。方法:纳入符合标准的FAI患者30例,采用等速肌力测试评估患者健侧和患侧踝关节在不同角速度下的D/P值和E/I值,同时采用Pro-Kin 254评估患者健侧和患侧静态平衡能力、动态平衡能力和本体感觉,并将不同角速度下患侧踝关节的D/P值和E/I值分别与前后运动速度、左右运动速度、运动长度、运动椭圆面积、总体偏移指数、平均轨迹错误率和总负重标准差进行相关性分析。结果:与健侧足比较,FAI患者患侧足静态平衡能力(左右运动速度和运动长度)、动态平衡能力(总体偏移指数)和本体感觉(平均轨迹错误率和总负重标准差)均显著下降(P<0.05)。FAI患者患侧踝关节在角速度60°/s和120°/s下的D/P值和E/I值均小于健侧(P<0.05),其比值均与前后运动速度、左右运动速度、运动长度、运动椭圆面积、总体偏移指数、平均轨迹错误率和总负重标准差呈负相关(P<0.05)。结论:FAI患者患侧踝关节的D/P值和E/I值与其姿势控制能力相关,将踝关节的D/P值和E/I值作为FAI患者姿势稳定性的临床评测指标具有一定的潜力。

基于ADAMS的SCARA机器人峰值力矩分析

SCARA机器人具有4个自由度,具有较复杂的运动空间,某时刻的位姿和速度会对各关节所需要的驱动力矩产生较大的影响,且各部件运动相互影响,直接求解各关节的峰值力矩是比较困难的。本研究在C ATIA中建立了机器人的装配模型,导入A DAMS中建立了S CARA机器人的三维仿真模型,对各运动副施加相应约束,将各轴最大运动速度作为设计变量,通过指定的速度曲线驱动各轴运动,在机器人可能的惯性空间范围内搜索,获得了各驱动轴的峰值力矩,实现了该机器人电机的合理选型。本研究对机器人设计有借鉴意义。

髋关节屈伸肌群不同角速度等速测试时峰值力矩特征研究

（1）目的：观察髋关节屈伸肌群不同角速度等速测试时峰值力矩的特征。（2）方法：以22名健康男女为研究对象,利用瑞士产CON-TREX TP500型人体肌力评估和训练系统,通过髋关节屈伸肌群不同角速度（30°/s、60°/s、90°/s、120°/s、150°/s、180°/s、210°/s、240°/s）等速肌力测试实验,测试峰值力矩、屈/伸肌峰值力矩比力学指标。（3）结果：不同角速度下髋关节屈伸肌群的峰值力矩随角速度的增大有增大的趋势,屈肌群峰值力矩始终小于伸肌群的峰值力矩,且髋关节屈伸比随角速度的增大有增大的趋势,F/E的值一直小于1。（4）结论：短跑运动训练宜采用肌肉快速收缩形式提高运动成绩。

不同年龄膝骨关节炎患者坐起生物力学特征的系统综述和Meta分析

目的:不同年龄的膝骨关节炎患者采取何种坐起策略尚未达成共识。为此,文章通过Meta分析系统评估不同年龄的膝骨关节炎患者与健康人坐起的生物力学特征,分析不同年龄患者的坐起运动模式,为改善患者坐起功能提供参考。方法:截至2023年3月,在PubMed、Web of Science和中国知网等数据库进行文献检索,纳入膝骨关节炎患者和健康人群坐起的生物力学特征的观察性研究,要求研究对象为膝关节影像学Kellgren-Lawrence严重程度分级≥Ⅰ级的50岁以上的膝骨关节炎患者,且定期出现膝关节疼痛,并根据纳入排除标准对受试者进行年龄(50-60岁vs.60岁以上)及严重程度(轻中度患者vs.重度患者)亚组分析。运用Down and black改良量表进行文献质量评价,采用Stata 16.0软件进行亚组分析确定不同年龄与严重程度的膝骨关节炎患者坐起的生物力学特征。结果:共14项随机对照试验(824例受试者)纳入Meta分析,所有纳入文献质量平均得分为76.2分,评分范围为66.7-86.7分,均达到中、高质量,具有一定代表性。Meta分析结果发现:①相比健康人,膝骨关节炎患者坐起总时长(SMD=0.92,95%CI:0.76-1.09,P<0.001)、伸展阶段时长(SMD=0.46,95%CI:0.18-0.74,P=0.001)更久;相比膝骨关节炎轻中度患者,重度患者总时长增加更明显(P<0.001),且60岁以上患者比50-60岁患者伸展阶段时长增加更明显(P=0.001)。②相比健康人,膝骨关节炎患者坐起躯干屈曲活动度(SMD=0.64,95%CI:0.37-0.91,P<0.001)更大;膝关节屈曲活动度(SMD=-0.47,95%CI:-0.70至-0.24,P<0.001)和踝关节背屈活动度(SMD=-0.32,95%CI:-0.56至-0.08,P=0.01)更小,且60岁以上患者的膝关节屈曲活动度比50-60岁患者下降更明显(P<0.001)。③膝骨关节炎患者髋关节屈曲力矩峰值(SMD=-0.57,95%CI:-0.83至-0.31,P<0.001)、膝关节伸展力矩峰值(SMD=-0.83,95%CI:-1.08至-0.59,P<0.001)更小。结论:①60岁以上膝骨关节炎患者比50-60岁患者坐起缓冲和伸展阶段的时长更久,且严重程度等级高的患者坐起总时长增加更明显,高龄与膝骨关节炎严重患者坐起时长增加,可能会使软骨承受负荷的持续时间增加,进一步加剧膝关节疼痛症状,增加该人群坐起难度。②膝骨关节炎患者表现出膝、踝关节屈曲活动度受限,且60岁以上患者膝关节活动度更为受限。③膝骨关节炎患者的髋关节屈曲、膝关节伸展力矩峰值减小,这可能是缓解疼痛的补偿策略。

膝关节屈伸对踝关节矢状面峰力矩及其力矩比的影响

目的根据肌肉长度与肌力的生理机能关系,膝关节屈伸位置将会影响踝关节矢状面肌肉力的产生。探讨膝关节屈伸对踝关节屈伸肌群峰值力矩及其比值的影响。方法实验招募了65名健康受试者,年龄(23.05±1.81)岁,其中男性35名,女性30名。利用Isomend 2000等速测试系统,分别以角速度60、180、240°/s,在伸膝0°和屈膝60°固定时,采集踝关节背伸和跖屈肌群向心收缩的峰值力矩。采用对配样本t检验对比分析不同收缩速度下,膝关节角度对踝关节肌肉功能的影响。

电磁平衡头自锁力矩有限元分析及试验研究

针对电磁主动平衡头自锁力矩问题,在特定结构下,通过对磁路进行工艺简化,建立了自锁磁路三维模型。采用ANSOFT MAXWELL计算了磁路气隙长度从0.1 mm到0.5 mm自锁力矩峰值;根据自锁原理搭建了试验平台,基于LabVIEW软硬件平台进行了自锁力矩峰值测试试验,通过改变气隙调节垫片数量测得了同等自锁力矩峰值。研究结果表明:自锁力矩峰值随气隙增大呈类似指数函数减小;由于加工误差和材料缺陷试验测试结果小于有限元分析结果,但误差在20%以内,满足工程要求,试验结果验证了有限元分析结果的有效性;该研究为平衡头的开发和设计提供了重要参考。

男子体操运动员肩关节的肌力特性与“峰力矩角度范围下增强的构想”

通过对21名三个不同等级男子体操运动员进行肩关节的屈、伸等速力量的测试，一、二级组运动员在45°时肩关节屈肌力量以及在135°时肩关节伸肌力量需要进一步加强。肩关节屈肌峰力矩角度为9．3°～86．1°，伸肌峰力矩角度为121°～173°．提出在峰力矩角度范围下肌力增强的构想及该构想的具体内容。

躯干等速向心屈伸运动时屈伸肌肌力的变化:脊柱最易受损伤的角度范围

背景:目前对躯干肌肌力的研究主要集中于腰痛患者肌力变化方面,而对脊柱容易损伤的角度范围的研究不多。目的:探讨躯干等速向心屈伸动作时屈伸肌肌力变化的特征及脊柱最容易损伤的角度范围。方法:苏州大学2005/2007级研究生,健康男性14名,自愿参加测试。选用瑞士产CON-TREX人体肌力评估和训练系统,测量受试者等速向心运动时的屈伸肌肌力及脊柱角度。测试速度分别为30,60,90,120,180(°)/s,每种速度下,受试者尽自己最大力量屈伸躯干4次,组间休息5min。主要观察:①受试者躯干运动的关节活动范围。②等速向心运动屈伸峰值力矩、屈伸肌峰值力矩比及到达峰值力矩的平均角度的变化。③等速向心运动屈伸肌总功、平均功率。结果与结论:①等速向心运动时,伸肌的峰值力矩值随角速度的增加而减少(P<0.05),屈肌峰值力矩值未见规律性的变化;屈、伸肌的峰值力矩比随角速度的加快而增大,但差异无显著性意义(P>0.05)。②慢速等速向心运动时,不同角速度下屈、伸肌到达峰值力矩角度分布离散,30(°)/s时为-48.56°,90(°)/s时为-46.18°;快速运动时,屈、伸肌出现最大峰值力矩角度基本接近,120(°)/s时分别为-48.71°,-51.61°,180(°)/s分别-54.86,-53.11°。③等速向心运动时,在不同角速度下,屈、伸肌的总功均随角速度的增加而减少,伸肌总功大于屈肌,伸肌总功的变化差异有显著性意义(P<0.05);屈、伸肌的平均功率随角速度的增加呈线性上升,屈肌平均功率始终小于伸肌(P<0.01)。结果提示:①等速向心运动时,躯干屈伸肌群的肌力随角速度的增加而减小,躯干在慢速屈伸运动时稳定性较好。②快速等速向心运动时,突受外力打击后容易引起肌肉损伤和脊柱不稳。③等速运动时屈伸肌做功随运动速度下降而降低,但肌肉的爆发力随运动速度的增快而加大。

我国优秀10m跳台男子运动员下肢肌肉力量特征研究

以现役国家队4名10m跳台运动员为研究对象,选取相对峰值力矩为评定指标,通过运用MERAC等速肌力测试系统,测试速度分别是60°/s和240°/s,对跳水运动员下肢髋、膝和踝关节主动肌群(伸肌群)的肌力特征进行综合研究,探讨高水平跳水运动员下肢主动肌群的特征。结果显示,下肢关节相对肌力矩水平高是完成高难跳台技术的基础之一;下肢各关节屈伸比值低,伸肌群力量明显大于屈肌群;动员髋关节快速屈伸的肌群的比例相对较高,而膝和踝关节快速屈伸时动员的肌群相对较少;膝关节左、右侧伸肌群力量接近,髋关节左侧大于右侧;随着测试速度的增加,髋关节在下肢总力矩的百分比增加。

跳远运动员髋关节振动力量训练效果的研究

对10名跳远专项二级运动员进行振动力量训练。研究表明：在刺激频率为30~35Hz,加速度25~30 m/s2条件下,经过8周系统的振动力量训练,试验组髋关节的屈伸肌群与对照组屈肌肌群最大功增长都非常明显,表现出髋关节屈肌最大功比试验前有显著性地提高,试验组髋关节屈伸肌最大功增长幅度比对照组屈伸肌最大功幅度大。试验组髋关节伸肌对照组屈伸肌峰力矩前4周比后4周增长幅度大,后4周增长幅度有所减缓,试验组后4周髋关节屈伸肌峰力矩增长幅度比对照组高。髋关节伸肌相对峰力矩力量增长幅度比屈肌要大。

不同速度重复训练期间腰背屈伸肌群等速肌力特征的研究

目的：观察不同角速度重复训练期间腰背屈伸肌群等速向心运动时峰值力矩的变化规律。方法：利用瑞士产CON-TREX TP500型人体腰背肌力评估和训练系统,测评了8名体育教育专业健康男大学生进行三种角速度（45°/s、90°/s、135°/s）各13组重复训练期间（共39组）腰背屈伸肌群抛物线主动补偿模式下等速向心肌力指标。结果：1）在13组的重复训练期间,随着训练组数的增加,受试者的伸肌和屈肌峰值力矩均呈现先上升然后逐渐降低的趋势,于第7组（135°/s）时即出现显著性降低（P〈0.05）。2）在前6组重复测试中,三种速度下,第3组与第4组间的峰力矩值均高度相关。3）基于第3、4组的数据,45°/s时背伸肌群的峰值力矩显著性高于而屈/伸比则显著性低于90°/s及135°/s时的值（P〈0.01）。45°/s及90°/s运动时腰背屈伸肌群之间到达峰值力矩的平均角度存在有极显著性差异（P〈0.01）,而135°/s运动时二者则基本相同（P〉0.05）。结论：腰背屈伸肌群等速向心康复训练时宜采用3~6组慢速或中速方式;等速力量评价时应以第3组或/和第4组的测试数据为基础进行评价。

两种力量训练方法对排球运动员肩关节肌力变化的比较研究

运用文献资料法、实验法、比较分析等研究方法,对12名排球专项一级和二级运动员进行肩关节振动力量训练。结果表明:在刺激频率为30—35Hz,加速度为25—30 m/s的训练条件下,经过8周的振动力量训练,Ⅰ组肩关节屈伸肌群力量增长幅度比Ⅱ组要大,前四周伸肌群的力量增长幅度高于屈肌群,而后四周肩关节屈肌群的最大功增长幅度要高于伸肌;振动力量训练对发展肩关节速度力量的效果要优于最大力量;Ⅰ组的总功增长幅度要高于Ⅱ组,其中前四周伸肌群的总功增长幅度普遍高于屈肌,而后四周屈肌群的总功增长幅度高于伸肌;振动力量训练可够以较小的负荷刺激达到提高最大力量和速度力量的目的,尤其是对发展速度力量具有更为显著的效果。

不同频率振动刺激力量训练对膝关节肌群肌力影响的实验研究

采用PHYSIO-PLATE振动训练台,对北京女子垒球队二线运动员进行不同频率的振动刺激力量训练,振动频率分别是30HZ和45HZ,振幅为7mm。经过八周系统的力量训练,利用MERAC等速肌力测试系统分别对两组受试者膝关节屈伸肌的等速力量进行测试,实验结果表明:实验后,Ⅰ组和Ⅱ组受试者膝关节左右侧伸肌群相对峰值力矩、总功都产生了显著性提高(P<0.05),快速单次最大做功功率产生了非常显著性提高;组间比较,Ⅱ组受试者膝关节左右侧伸肌相对峰值力矩、快速单次最大做功功率的增长率均高于Ⅰ组,差异具有显著性(P<0.05)。研究证明:抗负荷力量训练附加振动刺激可以有效地提高力量训练的效果,能够以相对较小的负荷有效地提高肌肉的最大力量、快速力量以及肌肉耐力;同振幅下,次高频振动刺激对肌肉的训练效果显著高于中低频振动刺激。

振动力量训练对跳远运动员髋关节肌力变化影响的研究

运用文献资料调研、比较分析、实验等研究方法,对10名跳远专项二级运动员进行振动力量训练。研究表明,在刺激频率为30～35Hz、加速度25～30m/s条件下,经过8周系统的振动力量训练,实验组的伸肌力量要比屈肌力量增长的幅度大,前4周训练后的屈伸肌力量增长幅度要比后4周训练后的力量增长幅度大,尤其是前4周训练后的屈肌力量增长幅度也比伸肌力量增长幅度大,但后4周训练后的屈伸肌力量增长幅度相差不大,呈现出先快后慢的力量增长特征。

运用BTE Primus^(RS)系统测定人体下肢单关节肌群极限功率与肌耐力的方法学研究

目的:明确BTE PrimusRS系统测评下肢肌群极限功率与肌耐力的测量模式选取与参数设置;并测量青年男性髋伸、膝伸与踝跖屈肌群极限功率与肌耐力。方法:40名男大学生,在BTE PrimusRS系统等张模式下,阻力矩50%等长峰值力矩(The Isometric Peak Torque,IPT)。IPT重复3次,时间3 s,间歇5 s,非爆发式静力性测量模式;等张极限功率(The Isotonic Peak Power,IPP)重复3次,时间10 s,间歇15 s,尽最快速度完成;等张极限肌耐力(The Isotonic Peak Endurance,IPE)测试要求运动幅度(90°或90°以内)与动作频率(60次/min)一定,持续运动至疲劳。结果:青年男性髋伸、膝伸与踝跖屈肌群IPT为198.56(24.53)、166.45(27.53)、154.90(25.17)N.m;IPP为161.21(28.57)、74.43(16.12)、74.62(19.91)W;IPE总功为6 460.69(2 521.18)、1 407.28(456.93)、2 259.56(771.88)J。结论:BTE PrimusRS系统能以等张模式精确测评下肢单关节肌群IPP与IPE,阻力矩为非爆发式静力性测量模式50%IPT。青年男性髋伸、膝伸与踝跖屈肌群IPT、IPP、IPE测试结果完善了人体单关节肌群生物力学特征基础参数库。

跳远运动员下肢关节振动力量训练效果的比较研究

对10名跳远专项二级运动员8周系统的振动力量训练研究表明：在刺激频率为30～35Hz、加速度25～30m／s。条件下，实验组（Ⅰ组）和对照组（Ⅱ组）髋、膝、踝关节的伸屈肌群最大功都有不同程度提高，其中Ⅰ组髋关节伸屈肌、膝、踝关节的屈肌最大功增长幅度比Ⅱ组大，屈肌最大功增长幅度比伸肌大，而且屈肌的最大功要比实验前呈现显著性增长；Ⅰ组髋关节伸屈肌、膝关节屈肌、踝关节伸肌相对峰力矩的增值幅度比Ⅱ组大，而髋、膝、踝三个关节屈肌相对峰力矩增长幅度相对较小。髋、膝、踝关节肌力增长情况表明：髋关节前4周增长幅度较低，后4周增长幅度较高，呈现出明显的“先低后高”变化特征；而膝、踝关节前4周增长幅度较高，后4周提高幅度降低，呈现出明显的“先高后低”变化特征。

健康儿童膝关节屈伸肌力的等速测试研究

采用实验法对58名健康儿童进行膝关节屈伸肌测试。等速测试采用了3种测试速度。结果表明:3种不同测试速度中,在低速测试中峰力矩值最大,高速测试中峰力矩值最小,儿子童膝关节峰值力矩下降趋势与成年人一致。左右侧峰值力矩比较结果与成人相反,左侧大于右侧。屈伸峰值力矩的比例F/E>0.7,与国内外对成人的研究不一致,与优秀运动员比值相一致。男女儿童低速和中速的测试中没有性别差异,高速测试中有显著性差异。