新能源汽车自动驾驶系统概念

随着技术的发展,自动驾驶汽车逐渐成为人们对汽车的新要求。自动驾驶主要依靠智能驾驶嵌入式系统来实现无人驾驶,以及利用传感器和深度学习目标分类识别技术来实现自主定位和导航。由于汽车的电子控制系统由许多子系统组成,因此还需要各种类型的传感器。在汽车系统中,嵌入软件的计算机硬件是最重要的部分。文章比较了不同的汽车传感器,了解了它们的工作原理和方法,希望能通过相关研究推动自动驾驶汽车的发展。

增材制造：实现宏微结构一体化制造

增材制造技术是基于分层制造原理发展而来的先进制造技术,是信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的产物,是当今世界各制造强国竞相发展的热点技术。基于增材制造材料逐点累积的成形过程,提出宏微结构一体化制造的学术观点。该方法在金属、陶瓷与复合材料的成形制造中有着其他制造方法难以替代的优势,可以实现制造短流程化,并推动大批量制造模式向个性化制造模式发展。列举近年在金属零件定向晶组织制造、光子晶体制造、生物组织器官支架制造方面的研究成果,论述宏微结构一体化增材制造技术的实现方法与工程应用,解决了传统制造技术难以解决的宏微结构一体化制造难题,给制造技术展示出全新的发展前景,为相关学科和产业发展提供有力的制造技术支撑。

PEGDA水凝胶的光固化成形工艺及其性能评价

采用光固化成形技术制备三维结构软骨组织工程聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶,并对其成形工艺参数进行对比研究.对聚乙二醇(400)双丙烯酸酯(PEG(400)DA)溶液光固化成形单条线及单层面的形貌尺寸进行测量,研究PEG(400)DA体积分数、激光扫描速度以及扫描线间距等参数对测量结果影响.对制备的PEGDA水凝胶成形尺寸、成分、吸水率、压缩弹性模量等进行评价,结果表明:随着曝光量以及φ(PEG(400)DA)的增加,水凝胶单条线的固化厚度与固化宽度均增加;随着激光扫描填充向量间距的增加,水凝胶单层面的固化厚度减小;随着φ(PEG(400)DA)的增加,固化后的水凝胶吸水率降低,压缩弹性模量增大.采用φ(PEG(400)DA)为30%的溶液,激光器功率为0.1W,扫描速度为1 800mm/s,填充向量间距为0.15mm,能够制备出定制化膝关节水凝胶软骨支架,其吸水率为191.67%,平均压缩弹性模量为0.75 MPa,满足软骨组织工程的需求.

面向3D打印可变模量金属假体的微结构设计

为了解决假体与骨的弹性模量存在较大差异而造成应力遮挡的问题,基于3D打印在制造多孔微结构的优势,将假体设计为多孔结构能有效降低模量,缓解应力遮挡。但是,如何优化微结构几何参数以实现假体模量的最佳匹配仍然没有得到解决。因此,提出了一种面向3D打印的可变模量金属假体的微结构设计方法,旨在获得与宿主骨模量相匹配又具有可加工性的生物型假体。针对体心立方单元(BCC)和增强体心立方单元(RBCC),采用有限元法计算了两种多孔单元沿轴向、面对角线和体对角线方向的弹性模量,建立了单元弹性模量与支柱直径的函数关系,分析了单元各向异性随支柱直径变化的规律,研究了棱边直径和单元尺寸对单元弹性模量的影响。结果表明:在加工精度范围内,通过减小支柱直径能实现单元等效弹性模量与骨模量一致性要求;在各向同性上BCC单元要优于RBCC单元,而且增大棱边直径有助于提高单元各向同性;由于BCC单元能实现相邻不同模量的单元界面连续拼接,故选用BCC单元构建模量可调的假体,可变模量范围为15.9~100 GPa。该设计方法可用于构建具有模量梯度结构的生物假体,以实现关节应力最优分布。

Nb元素影响TiAl金属间化合物键合特征的第一原理计算

采用第一原理方法,研究了Nb元素对TiAl金属间化合物电子结构及其对Ti,Al和O原子键合作用的影响.研究结果表明,Nb元素对富Ti和富Al的TiAl金属间化合物体系电子结构及键合作用的影响不同.对于富Ti的TiAl金属间化合物体系,Nb原子取代Ti晶格位置后,减小了Ti费米能级处的电子密度,削弱了Ti原子与O原子间的相互作用;同时增强了Al原子中s电子和O原子中p电子的相互作用.而Nb原子对富Al的TiAl金属间化合物体系中Ti/Al与O的相互作用影响较小.同时,向TiAl金属间化合物中掺杂Nb元素,增大了TiO2的生成能垒,减小了Al2O3的生成能垒,有利于促进抗氧化膜Al2O3的生成.因此,添加合金化元素Nb有利于提高TiAl金属间化合物的抗氧化性能,这与实验报道相一致.

一种使用非球面髋臼的金属-金属髋关节假体的时变弹流润滑分析(英文)

目的研究使用Alpharabola型髋臼的新型髋关节假体在实际步态条件下的弹性流体动力润滑(弹流)性能。方法建立了该新型髋关节假体的非稳态EHL模型。用ISO规定的动载运动条件表示一个常态的步态。利用多重网格技术,求解球坐标系下的雷诺方程、膜厚方程和载荷方程以获得完全数值解。结果分析了一个收敛的步态中润滑油膜形状和压力分布的详细变化。研究了参数α对中心膜厚、最小膜厚和中心压力的准稳态和非稳态解的影响。比较了相同参数α的准稳态解和非稳态解。在非稳态和准稳态条件下,比较了Alpharabola型髋关节假体和球形髋关节假体的润滑性能。结论结果发现,在实际步态条件下,挤压膜效应和非球形髋臼表面两者都能显著提高润滑性能,即能够使油膜增厚,最大压力减小。和球形人工髋关节相比,Alpharabola型金属-金属人工髋关节更能得益于全膜流体润滑。

老年与青年下肢关节生物力学特征研究

目的应用三维步态分析系统评估日常活动中老年人与青年人的差异性,分别为其提供针对性的日常生活指导。方法老年组10例健康老年人,其中男3例,女7例;年龄平均(69±12.42)岁。青年组10例健康青年人,其中男6例,女4例;年龄平均(26.29±2.29)岁。应用Vicon运动分析系统与骨肌多体动力学软件比较运动学和动力学参数。结果老年组水平行走时步行周期较青年组增大,跨距减小(P<0.01)。水平行走过程中老年组个体间差异较大(P>0.05),老年组的踝关节合力峰值大于青年组(P<0.05)。结论三维步态分析在指导老年人日常生活保护有较好的实用价值。老年人应适当增加运动锻炼,可行步态矫正训练与矫形鞋垫等超早期干预。

肿瘤膝关节假体置换术后患者坐立-起身的生物力学研究

目的通过肿瘤膝关节置换术后坐立-起身生物力学特征,探讨个性化康复策略与健侧肢体的预保护措施。方法采集三种起身方式与五种椅面高度下的坐立-起身步态。通过坐立-起身(sit-to-stand,STS)完成时间、膝关节屈伸角度、地面反作用力对称度来综合评估置换侧、健侧的受力情况。结果肿瘤膝关节置换术后(试验组)手撑扶手、双手叉腰、手撑桌面耗时依次为5.6s、2.5s、4.6s,对照组依次为2.2s、3.0s、3.6s,手撑扶手时差异具有统计学意义(P<0.05)。实验组膝屈伸角度随椅面高度增加,健侧与置换侧分别呈现相应趋势。坐立-起身过程下肢地面反作用力对称度介于0.5～1.0。结论肿瘤膝关节置换术后STS时以健侧代偿为主,STS呈现不对称性。术后早期使用个性化矫形器、鞋垫或支具,能促进膝关节有效康复,对健侧起预保护作用。术后应实施对称性康复策略。

陶瓷髋关节异响在全骨盆模型下的数值模拟研究

目的针对陶瓷人工髋关节置换术后患者出现的临床异响问题,探究异响产生的机制。方法建立全骨盆-陶瓷人工髋关节假体-股骨系统的有限元模型,对其进行摩擦耦合下的复特征值分析,研究其在摩擦力作用下的动态响应;分析假体组件的振动特性,并通过对比组件和系统的模态振型,探究引起异响产生的振源。结果随着摩擦系数的增加,假体系统发生了模态耦合,并产生了不稳定模态。不稳定模态振型主要表现为股骨组件的弯曲和扭转振动,同时在股骨组件的模态分析结果中存在频率与振型都与之相近的模态。另外,频率为1250 Hz、2400 Hz和3930 Hz左右的不稳定模态具有较大的负模态阻尼比。股骨组件在不稳定模态频率1250 Hz和2400 Hz左右的弯曲共振和3930 Hz左右的扭转共振是假体系统自激振动的振源。结论模态耦合是摩擦引起假体系统自激振动的可能机制。骨盆也参与了噪声的辐射,同时也是假体系统产生不稳定模态的因素之一。

膝骨性关节炎合并内翻畸形患者运动特征研究

为研究膝骨性关节炎合并内翻畸形患者术前生物力学群体特征,用于比较患者术前术后步态延续性及进行术后康复指导,本文采集9例患者水平行走和坐立-起身过程的步态,并进行骨肌多体动力学分析。本文研究结果显示,水平行走时试验组下肢运动功能减弱,试验组非手术侧膝关节平均活动范围为22.5°~71.5°,拟置换侧膝关节平均活动范围为24.4°~57.6°,而对照组膝关节平均活动范围为7.2°~62.4°。单侧膝内翻患者完成坐立-起身过程时的下肢地面反作用力对称度介于0.72~0.85,非手术侧下肢起主要支撑作用。双侧膝内翻患者坐立-起身时地面反作用力之和最小。尽管单侧膝内翻患者采用非手术侧下肢过量负载的代偿方式能完成术后日常活动,但长期过量负载容易增加非手术侧下肢膝关节罹患膝骨性关节炎风险。对膝骨性关节炎合并内翻畸形患者完成日常活动的运动学和生物力学特征进行研究,有助于从生物力学角度理解内翻膝的发病机制,对患者的术前评估、预防和术后恢复具有较强的临床指导意义。

模拟点蚀坑内碳酸氢根的原位激光拉曼光谱测定

CO_(2)腐蚀是油气管道安全运行的重要威胁之一,其中点蚀的深度往往大于均匀腐蚀的深度,隐蔽性强,危害尤为突出。为研究点蚀坑内的离子浓度分布,验证现有腐蚀预测模型,采用内标法将碳酸氢根在拉曼光谱中的特征峰与本底溶液水的特征峰组成相对积分强度,在0.04~0.6 mol/L范围内建立了相对积分强度与碳酸氢根体积摩尔浓度的定量关系。设计了一套基于原位激光拉曼光谱技术的流动池系统,在流动环境中对X65管线钢模拟点蚀坑不同深度的碳酸氢根体积摩尔浓度进行了测定。实验结果表明,在距离坑底500μm范围内,点蚀坑内的碳酸氢根体积摩尔浓度随距离增加逐渐减小至接近体相溶液浓度;当距离大于500μm后,点蚀坑内的碳酸氢根体积摩尔浓度基本保持不变。新提出的点蚀坑内碳酸氢根体积摩尔浓度分布的实验测定方法,可为点蚀理论的发展及腐蚀计算模型的验证提供重要参考。(图8,表2,参28)

加载速率对关节软骨变形特性影响的研究

通过对不同加载速率下关节软骨变形特性的研究,探讨关节软骨在异常应力下的损伤机制。在UMT-2多功能试验机上开展三种加载速率下关节软骨的压缩试验,并建立相应的有限元模型。在线性加载下,关节软骨的弹性模量随应变经历了先急剧下降后缓慢增加的变化;有限元模拟的应变与试验测定的应变的偏差低于0.025;当加载速率为0.01MPa/s和0.0067MPa/s时,软骨弹性模量和孔隙压力的差异较小,但与加载速率0.02MPa/s对应的弹性模量和孔隙压力的差异较为显著。加载速率对软骨变形和孔隙压力有着显著影响,但当加载速率低于某一值时,软骨变形对加载速率的依赖性降低,其研究结果有助于深入理解在异常应力速率下关节软骨的损伤机制。