跳跃运动中不同护膝条件下膝关节半月板应力场的数值研究

目的 采用数值模拟方法,建立人体膝关节肌骨系统生物力学模型,并将人体动力学模型模拟跳跃运动时所获得的运动学和动力学信息作为模型驱动数据,进而分析不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场分布特征。方法 基于受试者CT与MRI断层扫描图像,构建包括骨、关节软骨、半月板、韧带和膝关节外围软组织的较真实人体膝关节模型,依据跳跃运动全周期分析选择蓄力起跳、落地冲击两个半月板损伤风险较大的位姿步态进行模拟,分析4种不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场特征,讨论半月板峰值应力及其应力集中区域的变化,探究半月板损伤以及佩戴护膝的防护功效和力学依据。结果 膝关节内侧半月板前角是应力集中的易受损区域;在热力场耦合护膝条件下,内侧半月板应力集中区域由其狭长且薄弱的前角转移至其较为宽厚的中部,且峰值应力显著降低;内、外侧半月板的峰值应力接近,表明两者共同承担外载,且半月板应力集中区域面积减小。结论 热力场耦合护膝对于膝关节半月板的损伤具有良好防护作用。数值模拟研究结果可以为热力多功能护膝的设计提供理论支撑和技术指导。

弹脆性圆形煤巷应力跃升及冲击地压预测模型

为预测煤巷冲击地压灾害,将强冲击倾向煤视作理想弹脆性材料,建立圆形煤巷力学模型,分析煤巷围岩的应力和变形能密度分布特征,进而建立煤巷冲击地压预测模型,利用该模型预测冲击地压灾害风险。研究结果表明:弹脆性煤巷围岩的切向应力和变形能密度在弹性区与破坏区界面处发生跃升;煤体强度损伤度和地应力增大,煤巷破坏区半径增大,煤巷围岩切向应力和变形能密度跃升高度增大;切向应力跃升为煤巷失稳破坏提供了力源,变形能密度跃升为冲击地压发生提供了能量源;切向应力和变形能密度跃升高度越大,煤巷越容易失稳和冲击;基于切向应力和变形能密度跃升,建立了煤巷冲击地压解析预测模型,预测结果与现场冲击地压实际情况一致,从而为脆性煤巷冲击地压预测提供了一种新的方法。

前交叉韧带重建后急停起跳过程中膝关节应力的有限元分析

背景:已有研究分析了前交叉韧带重建患者术后完成不同动作时健患侧运动学、动力学等运动特征,假设前交叉韧带重建术后患者在完成急停起跳动作时健侧前交叉韧带von Mises应力较患侧高,半月板和股骨软骨的von Mises应力较患侧低。目的:通过探究前交叉韧带重建患者健患侧膝关节软组织的应力响应特征,以期为降低该人群发生前交叉韧带二次损伤及慢性膝关节骨性关节炎等继发性损伤提供参考。方法:运用红外光点运动捕捉系统(Nokov)和测力台(Bertec)采集前交叉韧带重建患者急停起跳时膝关节运动学和动力学特征,通过欧拉角计算方法和逆动力获得膝关节三维角度和三维力矩参数,并将膝关节三维角度和力矩作为边界和加载条件分别载入健患侧膝关节有限元模型,进行数值仿真,比较健患侧膝关节内部结构在实际运动载荷下的应力分布情况。结果与结论:①在水平向后第一地面反作用力峰值时刻,患侧膝关节屈曲角、内收角明显大于健侧,且健侧垂直地面反作用力高于患侧。此外,健侧垂直地面反作用力峰值出现在急停起跳阶段的4%-6%,而患侧出现在急停起跳阶段的15%-17%,表现出健侧腿较患侧先着地的运动模式。②有限元分析显示健侧前交叉韧带von Mises应力峰值高于患侧(28.47 MPa vs.13.18 MPa),且健侧最大应力出现在前交叉韧带后束部位,而患侧分布于前交叉韧带前侧股骨端;此外,患侧股骨软骨(12.16 MPa vs.5.342 MPa)和半月板(17.35 MPa vs.16.18 MPa)von Mises应力峰值均大于健侧,对应的最大应力峰值分别位于股骨远端关节软骨外髁边缘处和外侧半月板前角边缘。③有限元模拟得出前交叉韧带重建患者健侧发生前交叉韧带损伤风险较患侧前交叉韧带二次损伤风险可能更大,进一步由于患侧股骨软骨和半月板产生较高的应力可能会加重膝关节骨性关节炎的发展;研究结果提示前交叉韧带重建患者进行康复训练时不仅需关注患侧的康复训练,健侧异常的运动模式和代偿反应亦不容忽视。

不同循环应力路径下饱和珊瑚砂超静孔压增长的改进应力模型

为探究复杂循环加载下不同相对密实度D_(r)的珊瑚砂超静孔压u_(e)增长特性,利用GDS空心圆柱扭剪仪对饱和珊瑚砂进行了系列循环应力主轴90°跳转的均等固结不排水循环剪切试验。试验表明,循环应力路径、应力水平和D_(r)显著影响饱和珊瑚砂u_(e)增长模式;建立了适用于不同D_(r)和循环加载模式的超静孔压比r_(u)表达式,引入单元体循环应力比USR作为表征复杂循环应力路径的应力指标,给出了模型参数λ_(1)和θ基于USR和D_(r)的表达式。所建立的r_(u)表达式对复杂循环加载模式下不同D_(r)的饱和珊瑚砂r_(u)增长有较好的预测效果。文献中不同类型砂的试验数据独立验证了所建立的r_(u)表达式的适用性。

跳仓法施工砼收缩应力及裂缝控制研究与实践

文中以实际工程为案例,分析了跳仓法施工的技术措施和实施效果。采用BIM技术对底板结构合理划分仓块,确定跳仓及补仓施工顺序,优化混凝土配合比,加强养护措施,实现了不设后浇带的无缝连接,有效降低了混凝土温度应力和收缩变形,并保证了结构的安全性和耐久性。该研究和实践对类似工程的裂缝控制具有一定参考价值。

大底板混凝土跳仓施工数字化监测与分析

混凝土水化放热反应和内外散热条件差异导致的温度应力是大体积混凝土浇筑早龄期开裂的重要因素之一。为控制大体积混凝土底板浇筑过程中的温度应力,验证跳仓法在大底板施工中的应用效果,通过有限元分析软件对某工程大底板进行建模,模拟了跳仓方案施工过程。采用振弦式应变计实时监测实际施工过程中底板的温度、应变变化趋势。根据实际监测数据与模拟数据的对比结果,验证了模拟方案的可靠性和施工方案的安全性。

心理技能训练对跳高技评应激时的绩效和免疫机能的影响

探讨心理技能训练对高、低特质焦虑体育学院男性学生跳高技评应激时的绩效和免疫指标的影响。要求受试进行 4周的跳高练习 ,在这期间 ,采用放松技能训练和表象技能训练对心理技能训练组进行训练 ,非心理技能训练组则未实施。结果表明 :在跳高技评应激条件下 ,高焦虑组受试的跳高技评绩效显著下降 ;非心理技能训练组受试的淋巴细胞增殖能力显著下降 ;其中 ,未进行心理技能训练的高焦虑组受试的 IL - 1显著上升。

多孔介质-自由流界面应力跳跃条件下流动特性解析解

对非对称多孔介质-自由流复合通道内多孔介质内部及多孔介质与自由流体界面处复杂质量、动量输运特性进行研究.在多孔介质区采用Brinkman-extended Darcy模型并结合速度连续,剪切应力跳跃的界面条件对此复合通道内流体的传递现象进行求解,提出了考虑界面应力跳跃时非对称复合通道各区域流体运动速度及摩擦系数的解析式,分析了界面应力跳跃系数,达西数及无量纲多孔层偏心厚度对流体速度及摩擦系数的影响.结果表明:改变界面性质可在一定条件下明显控制各区域流体速度分布;在达西数、多孔层偏心厚度一定情况下,界面应力系数的增大会使界面流速减小,而使流体摩擦系数增大,特别是界面应力系数小于0的情况下变化更明显,此时若不考虑界面应力系数则会造成较大误差.当界面应力系数及多孔层偏心厚度均为较小负数值时,改变多孔层偏心厚度对界面速度的影响要大于改变界面应力系数的情况;而当界面应力系数及多孔层偏心厚度为较大正数值时,情况则相反.较大达西数下,界面应力系数及多孔层偏心厚度对流体摩擦系数的影响均较大,继续减小达西数至一定程度时,界面应力系数对流体摩擦系数的影响可忽略不计而认为只与多孔层偏心厚度相关,且对较大多孔层偏心厚度更敏感.

地震不稳定性的一个简单模型

基于断层面强度的非均匀性,将断层面的宏观破裂过程看作是断面局部微元的破裂累积过程,假设断层局部微元强度遵循Weibull概率分布,从统计力学角度推导出了宏观的断层载荷-变形的全过程本构关系。采用一维地震力学模型,以远场位移a为控制变量,用稳定性理论研究了地震不稳定性问题。研究表明,系统刚度比(围岩刚度与断层刚度之比)β是影响地震发生的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且应力突跳发生在平衡路径曲线的位移转向点,并给出了地震过程的3个重要参数(地震后断层半错距、地震应力降和释放的弹性能)的表达式。当β≥1时,不会发生地震,仅是缓慢的断层滑动,属于无震滑动。

踏跳瞬间足后部骨骼的三维有限元分析

目的建立足部三维有限元模型,对足后部骨骼在踏跳中的应力分布进行分析。方法应用CT扫描和CAD/CAM软件处理,建立足后部骨骼三维模型。通过对背跃式跳高踏跳的足底压力测量和逆向肌肉力量计算,确定载荷约束条件,并进行有限元计算。结果获得了踏跳瞬间,跟骨、距骨、舟骨等易损伤部位的生物力学响应和应力分布,发现跟骨后距关节,距骨背面均为应力集中处。结论本研究建立的模型可用于足后部骨骼生物力学研究,为踏跳中的运动损伤力学机理提供数据。

跳跃性应力刺激对大鼠胫骨OPG、RANKL及骨代谢的影响

目的:研究跳跃性应力刺激对大鼠骨组织的影响,探讨骨质破坏发生的分子生物学机制。方法:48只8周龄雄性SD大鼠,随机平均分为跳跃组和对照组,跳跃组按训练周数标记为J2、J4和J6组,相应对照组为C2、C4和C6组。跳跃组按计划进行跳跃运动训练,对照组安静饲养。每隔2周各组分别处死8只,检测血清碱性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸(StrACP),取一侧胫骨制作HE石蜡切片,另一侧胫骨应用RT-PCR法检测OPG、RANKL mRNA表达。结果:(1)与对照组相比,J6组骨胶原纤维和骨膜排列紊乱,骨皮质出现较大程度破坏,空腔增多。(2)3个跳跃组大鼠血清ALP和StrACP浓度均高于其对照组(P<0.05)。(3)J2组大鼠胫骨OPG mRNA表达量显著低于C2组(P<0.05),而J6组OPG mRNA表达显著高于C6组(P<0.01);J6组RANKL mRNA表达量显著高于C6组(P<0.01)。结论:过度跳跃性应力刺激后,大鼠胫骨OPG和RANKL表达增加,参与以骨转换率升高为特征的骨质破坏过程。

东海冷涡对东亚季风年代际变化响应的数值试验

利用CORA、COADS和SODA等高分辨率的海洋和大气再分析资料及区域海洋模式(ROMS),研究了东海冷涡对1976/1977年前后东亚季风年代际跃变(减弱)的响应。结果表明:(1)1976/1977年前后东亚季风跃变后,夏季东海冷涡明显增强,主要表现为冷涡的温度显著降低,而冬季东海冷涡有所变弱但其温度上升不明显;(2)东亚冬季风跃变后,济州岛西南侧的黄海暖流减弱,冷涡区出现一个反气旋式环流异常,这有利于冬季东海冷涡的减弱;(3)东亚夏季风跃变后,台湾暖流外海侧分支及济州岛西南侧的黄海暖流分支增强,使得冷涡区的气旋性环流变强,这有利于夏季东海冷涡的加强。数值试验的结果表明,东亚冬、夏季风的跃变在东中国海引起了不同的中尺度海洋环流异常,从而导致东海冷涡对东亚冬、夏季风的跃变产生不同的响应。

跳伞应激对空降兵新兵心理和免疫、神经内分泌的影响

目的探讨跳伞训练对空降兵新兵心理和免疫、神经内分泌指标的影响。方法选取参加跳伞空降兵146名,采用放射免疫方法检测参演跳伞前后血清皮质醇、醛固酮、促肾上腺皮质激素及免疫指标:IL-2、IL-6、IL-8水平,应用焦虑自评量表(SAS)调查,将血清学检测结果与空降兵SAS分值进行相关性分析。结果跳伞后血清COR、ALD、ACTH均升高,与跳伞前比较差异有统计学意义(P<0.05),SAS分值>50的空降兵新兵血清皮质醇和醛固酮升高更明显(P<0.05);跳伞应激后血清IL-2降低,IL-6、IL-8升高,与跳伞前比较差异有统计学意义(P<0.05),SAS分值>50的空降兵(n=25)IL-2降低和IL-6、IL-8升高更明显(P<0.05)。结论空降兵的跳伞应激可引起内分泌激素水平的改变,并对免疫系统产生一定的抑制作用。

含双周期裂纹群弹性板的弱化问题

应用隔离分析与叠加原理，研究了沿一个方向共线的双周期裂纹群的相互作用，提出了一种新的近似解法，将裂纹尖端应力强度因子及裂纹表面间断位移用解析或半解析的式子直接表达出来，进而求出双周期裂纹板的有效弹模及柔度矩阵，算法简单，结果精确，是一种处理双周期裂纹群问题的有效方法。

跳跃性应力刺激对大鼠血清PTH及骨代谢相关分子OPG、RANKL的影响

目的:研究长期跳跃应力刺激对甲状腺激素(PTH)和骨代谢相关分子基因表达的影响,探讨跳跃运动所致的骨质破坏发生分子机制。方法:48只8周龄雄性SD大鼠,随机分为对照组、跳跃组和负重跳跃组,运动2周后每组取材8只,记为C2、J2和JL2,运动6周后各组,记为C6、J6和JL6。跳跃组进行递增负荷跳跃运动,负重跳跃组负重5%自身体重,运动方案同跳跃组。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清甲状旁腺激素(PTH),采用比色法检测血清碱性磷酸酶(ALP)和抗酒石酸酸性磷酸(StrACP)含量。取一侧胫骨制作HE石蜡切片,另一侧应用RT-PCR法检测OPG、RANKL的mRNA表达。结果:(1)与C6和J6组相比,JL6组骨胶原纤维和骨膜排列紊乱,骨皮质出现较大程度破坏,空腔增多。(2)JL6组血清ALP高于J6和C6组(p<0.01,p<0.05)。JL6组和J6组StrACP显著高于C6组(p<0.01)。(3)J2和JL2 PTH水平组显著低于C2组(p<0.05,p<0.01),JL6组低于J6和C6组(p<0.05,p<0.01)。(4)与C6组比较,J6组和JL6组OPGmRNA表达显著升高,其中J6组表达量最高。JL6组RANKL表达显著高于J6和C6组(p<0.01),J6组RANKL的表达高于C6组(p<0.05)。结论:负重跳跃运动6周后大鼠胫骨骨质破坏较为严重,骨代谢以骨转换率升高为特征,RANKL的持续升高可能是骨质破坏的重要原因,而血清PTH水平持续下降不利于骨质修复。

空降兵跳伞心理应激对心率变异性的影响

目的观察空降兵跳伞心理应激对心率变异性(HRV)的影响,为评价跳伞心理应激强度提供方法和生理学依据。方法参加跳伞训练的空降兵30名,跳伞当天佩戴飞行员飞行生理参数记录检测仪,连续动态记录跳伞前安静状态下30 min的心电信号,采用与记录检测仪配套的数据分析系统对心率变异性指标进行时域和频域分析,并与跳伞后1个月平时状态下的测量结果对照。结果与对照相比,跳伞前心率变异性时域指标SDNN、RMSSD、HRVI、SDNNindex、SDANN分别降低了32.1%、41.2%、15.0%、14.2%、46.2%,差异有显著性(P<0.05);频域指标HF、HFNU、TP分别降低了66.7%、60.1%、25.8%,差异有显著性(P<0.05);而LFNU、LF/HF则分别升高了40.3%、335.9%,差异有显著性(P<0.01)。结论心率变异性是反映空降兵跳伞心理应激的一个较灵敏指标,可用于评价跳伞应激强度。

地壳流变结构控制作用下的龙门山断裂带地震发生机理

青藏高原东缘低地形变速率的龙门山断裂带上相继发生了2008汶川Mw7.9级地震和2013芦山Mw6.6级地震.地震勘探与震源定位结果揭示了龙门山区域地震空间分布特征:纵向上,龙门山断裂带这两次地震主震均发生在龙门山断裂带上地壳的底部(14～19km),绝大部分余震均发生在上地壳范围(5～25km),而在其中、下地壳深度范围内鲜见余震发生;横向上,地震(Mw>3)在龙门山断裂带青藏高原一侧密集分布且曾有大震发生,而四川盆地地震稀少(Mw>3).为探讨龙门山断裂带地震发生机理,并解释以上龙门山区域地震空间分布特征,本文建立了龙门山断裂带西南段跨芦山地震震中区域的四种不同流变结构的龙门山断裂带三维岩石圈模型,以地表GPS观测资料为约束边界条件,数值模拟龙门山断裂带岩石圈在数千年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,探讨了地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响,分析了该区域地震空间分布与构造应力积累速率的关系.计算结果表明:该区域在数千年的应力积累过程中,脆性上地壳中应力表现近于恒定值的线性增长趋势,龙门山断裂带上地壳底部出现应力集中积累现象,这一应力集中现象可以解释龙门山断裂带汶川地震与芦山地震主震的发生,及其大部分余震在脆性上地壳中的触发;青藏高原一侧上地壳应力积累速率远远高于四川盆地的应力积累速率,这一应力积累分布现象可以解释龙门山区域青藏高原一侧地震密集而四川盆地地震稀少的地震空间分布特征;通过比较不同流变结构模型中的应力积累状态,认为导致这一应力积累空间分布状态的重要控制因素在于青藏高原中、下地壳较低的黏滞系数与四川盆地中、下地壳较高的黏滞系数的差异.在柔性的中、下地壳内,应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,构造应力积累难以达到岩石破裂强度,因而鲜见地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象共同揭示了龙门山区域岩石圈分层流变结构:脆性上地壳、韧性中、下地壳(青藏高原一侧较弱,四川盆地一侧较强)、韧性岩石圈上地幔.

综合心理干预对空降兵新兵跳伞应激水平的影响

目的探讨综合心理干预对空降兵新兵跳伞训练前后的心理及跳伞应激反应的影响。方法选取参加跳伞空降兵新兵256名,随机分为综合心理干预组和对照组。利用症状自评量表(SCL-90)、焦虑自评量表(SAS)、抑郁自评量表(SDS),在跳伞训练前后进行心理测量,并用放射免疫方法检测跳伞前后血清皮质醇、醛固酮、促肾上腺皮质激素及IL-2、IL-6、IL-8应激指标水平的变化。结果跳伞后综合心理干预组在SCL-90中的躯体化、抑郁、焦虑、恐怖等项分值,SAS和SDS总分值明显低于对照组(P<0.05);综合心理干预组新兵跳伞训练后血清皮质醇和醛固酮、ACTH、IL-6、IL-8升高和IL-2下降均明显低于对照组(P<0.05)。结论综合心理干预对提高空降兵新兵心理健康和降低跳伞训练时过度的应激水平具有积极作用。

三维裂纹问题的高精度数值解法

提出了一种求解三维均质弹性体中任意形状平片裂纹问题超奇异积分方程组的Chebyshev多项式数值解法 .数值计算结果表明 :文中方法不仅收敛快 ,而且精度高 .

人工粗糙壁面的水跃特性研究

根据已有文献对密排加糙壁面水跃共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度的试验结果,分析了密排加糙壁面水跃的共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度、壁面平均切应力随弗劳德数、跃前和跃后断面水深、壁面粗糙度的变化规律;给出了人工粗糙壁面水跃共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度、壁面阻力系数、壁面平均切应力的计算公式;通过已有文献的试验结果对公式进行了验证,得到了水跃共轭水深的平均误差为4.06%,水跃旋滚长度和水跃长度的平均误差分别为4.25%和7.16%。研究表明:人工粗糙壁面水跃的共轭水深和水跃长度随着跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着壁面粗糙度的增大而减小;壁面平均切应力随着壁面粗糙度和跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着共轭水深比的增大而减小。