鲫鱼C形起动的运动学特征分析

快速起动是鱼类很重要的一种机动能力，有助于鱼类的逃逸和捕食。快速起动通常分为C形起动和S形起动两种模式。本文利用数字式高速摄像机定量地研究了鲫鱼为逃避危险从静止状态做逃逸反应的运动过程。观察发现所有的逃逸反应都是C形起动。仔细分析运动图像后，根据质心和尾鳍的运动，发现C形起动过程大体可以分解为三个阶段。第一阶段，质心保持不动，鱼体在极短的时间内绕质心弯曲呈C形，尾鳍同时迅速摆动；第二阶段，尾鳍作大幅度反向摆动，鱼头转动接近至最终方向；第三阶段，质心沿最终方向作直线运动。本文通过软件分析得到了各个阶段内鱼体躯干曲线的形状，进而给出了鱼体的速度和转动角速度分布，并从力学的角度定性地解释了机动过程。     

鲫鱼尾鳍的黏弹性力学性质测量

鱼类在游动过程中表现出高效率和机动灵活的特点。鱼类通过拍动鱼鳍获得动力,并对游动过程进行控制,因此鱼鳍的力学性质影响着鱼类在游动中的表现。在以往的研究中,研究者多将鱼鳍假设为弹性材料。本文通过单轴拉伸后的松弛实验测量了鲫鱼尾鳍的黏弹性力学性质。在松弛实验中,拉力随着时间的增加而逐渐减小。在实验的前100s时间内,拉力衰减至最大拉力的75%。本文采用五参数的线性黏弹性模型对松弛实验的数据进行了拟合。基于拟合得到的模型,发现在快速起动及巡游过程中,鲫鱼尾鳍的黏弹性性质能够增加鲫鱼尾鳍的表观刚度,同时在巡游过程中,由于黏性引起的能量耗散非常小。     

激波在平板上诱导的旋涡强度的测量

运动激波通过两个等攻角平板后诱导出两个同向旋转的旋涡，这两个旋涡在随当地气流向下游运动的同时，绕涡核连线中心旋转。本文通过测量涡对的转动角度速度，获得了每个旋涡的强度。实验结果表明，由此测得的旋涡强度不同用于小攻角平板起动涡公式计算了起动涡强度。     

基于表面肌电信号改进步长估计模型的个人定位方法

针对个人室内定位中步长估计方法存在估计精度不高、适用范围有限的问题,提出一种采用表面肌电信号和加速度信息的改进步长估计模型.通过采集行人在行走过程中的表面肌电信号和加速度信息,利用平滑滤波算法对该信号进行预处理,并通过峰值检测算法进行步数检测,在此基础上提出一种改进的步长估计模型,利用该模型进行了个人室内定位测试.实验...     

鲫鱼皮肤和肌肉的力学性能研究

鱼在水中游动时,参与鱼体弯曲变形的组织和器官与水媒介相互作用,形成了不同的游动模式和变形方式。为了更好地理解鱼体变形机制并为今后的流固耦合计算提供基础实验数据,本文采用万能试验机进行单轴拉伸试验,对鲫鱼皮肤和肌肉等生物材料的力学性能进行研究。通过破坏实验的方式确定其杨氏模量,通过松弛实验的方式确定其归一化松弛函数。针对皮肤和肌肉的生物材料粘弹性性质,给出本构方程。通过简化为标准线性固体模型进行讨论,得到的结论是:鲫鱼游动过程中以很小的能量损耗为代价,增加了其有效刚度。     

斑马鱼S型起动运动学研究

快速起动是鱼类重要的一种机动能力,有助于鱼类的逃逸和捕食。快速起动通常分为C形起动和S形起动两种模式。本文利用数字式高速摄像机定量地研究了斑马鱼从低速巡游状态做出捕食反应的运动过程。通过分析斑马鱼的运动图像,发现S形起动过程大体可以分解为三个阶段:第一阶段,斑马鱼的头部和尾部都迅速向相同的一个体侧方向转动,整个身体近似弯曲反写的S型。第二阶段,斑马鱼的头部转向捕食方向,尾部摆动1~2个周期,整个身体近似成S型。第三阶段整个鱼体逐渐恢复平直形态,其前端2/3的部分不再摆动,维持一种类似在水中滑翔的游动姿态。本文定量分析了各个阶段鱼体躯干曲线的形状,给出了鱼体的速度分布,并定性地解释了S形起动的力学机理。     

混合气流中光束远场强度分布的测量

本文测量了激光束穿过混合流场远场强度的分布和远场 Strehl 比 Sr,并将直接测量的 Sr 值与通过近场位相畸变测量计算所得的 Sr 值作了比较,结果吻合得很好.     

环咽肌压力测量及扩张治疗装置的设计开发与实验验证

针对环咽肌失弛缓导致的吞咽障碍难以精确评价和准确治疗的问题,以超弹性膨胀气囊受力变形分析为基础,设计开发了环咽肌压力测量及扩张治疗装置。研究表明,膨胀气囊外部压力与充气体积、气囊内压、材料性能、结构尺寸存在着明确的非线性关系,进而利用多元回归分析确定治疗装置中膨胀气囊外部压力(环咽肌对气囊压力)与气囊内压、加压容器体积改变量之间的函数关系式,将环咽肌压力测定转化为充气压力与体积的测量问题。力学验证实验表明,环咽肌压力测量及扩张治疗装置简单可靠、测量结果准确有效,可用于环咽肌失弛缓吞咽障碍程度的精确评定,并为患者提供准确的、个性化的治疗方案。     

润滑膜厚测量的双色光干涉强度调制方法

提出一种红绿双色光干涉强度调制技术(DIIM)对球盘接触润滑油膜厚度进行测量.利用接触区外部干涉图像中红、绿分量强度值之差得到调制信号,并由此得到对应特征点的条纹干涉级次,进而由干涉强度得到接触区内任一点膜厚.运用多光束干涉理论对所提出的测量技术进行了原理分析,讨论了所用双色光的光波长、半峰全宽、测量介质对测量结果的影响.最后,应用该技术分别对球盘接触的静态间隙和动态油膜厚度进行测量,结果与经典理论有很好的一致性,证明了该技术的可行性.对试验所用的双色激光光源(红光653 nm、绿光532 nm),光学量程可达4μm.由于光强衰减小且能避免干涉级次计数,该方法可高效测量润滑油膜厚度.     

基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置研究

竞技滑雪运动中雪上摩擦阻力影响运动员比赛成绩,而雪上摩擦影响因素众多,雪上摩擦阻力评测一直是冰雪竞技运动中的一大挑战.本文中设计了1种基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置,将多个三分量传感器合理布置在传统滑雪板上,通过有线连接的方式,结合数据采集卡,对3个分量的力信号进行监测、采集和保存,并通过终端电脑实时反馈力信号变化.实验室静态测试中,该装置具有稳定的力学信号输出,并给出准确的摩擦系数测试结果.在模拟雪场测试时,其能够准确地评估不同雪上减阻蜡的润滑性能及其耐磨性能,还能够监测自由式滑雪运动中的犁式制动和犁式转弯等常规技术动作.该装置输出的力信号具有高精度和高灵敏度特性,为滑雪运动中雪上减阻蜡的性能评价、运动员施力动作监测等给出了1种可行方案.     

PREDICTION OF MECHANICAL PROPERTIES OF FISH MUSCLE IN VIVO DURING STEADY SWIMMING

在综合游动力学的框架下采用整体模化分析方法,对比研究了鳗鲡鱼类和鲹科鱼类巡游中红肌（驱动鱼类巡游的骨骼肌）的力学性能异同. 该方法将观测总结的鱼体动态变形规律作为已知条件,首先确定鱼游中体外作用（包括流体动力响应和惯性力）,然后间接预测活体的体内作用（包括肌肉主动力和生物组织被动应力）. 研究结果显示,鳗鲡鱼类尾部的肌肉强度明显低于其躯干部分,而鲹科鱼类尾部和躯干部分肌肉强度相当,这与各自的体内作用主导机制相适应. 且体外作用的区别也导致了鲹科鱼类的能效更高. 同时发现,两种模式游动下都存在鱼体躯干内部从头至尾的能量传递,其肌肉输出净功沿鱼体轴向都呈“钟形” 分布. 总体上沿轴向各点的肌肉都输出正的净功.     

鱼类巡游中的活体肌肉力学性能预测

在综合游动力学的框架下采用整体模化分析方法,对比研究了鳗鲡鱼类和鲹科鱼类巡游中红肌（驱动鱼类巡游的骨骼肌）的力学性能异同. 该方法将观测总结的鱼体动态变形规律作为已知条件,首先确定鱼游中体外作用（包括流体动力响应和惯性力）,然后间接预测活体的体内作用（包括肌肉主动力和生物组织被动应力）. 研究结果显示,鳗鲡鱼类尾部的肌肉强度明显低于其躯干部分,而鲹科鱼类尾部和躯干部分肌肉强度相当,这与各自的体内作用主导机制相适应. 且体外作用的区别也导致了鲹科鱼类的能效更高. 同时发现,两种模式游动下都存在鱼体躯干内部从头至尾的能量传递,其肌肉输出净功沿鱼体轴向都呈“钟形” 分布. 总体上沿轴向各点的肌肉都输出正的净功.      

描述鱼鳍材料松弛特性的分数Zener模型

鱼鳍在游动中起到了推进和控制的作用, 研究鱼鳍的力学性质对研究鱼类游动中高效率的来源具有重要意义. 本文对鲫鱼尾鳍鳍条进行了松弛实验, 松弛时间为300\,s,力随时间表现出较明显的衰减, 表明鱼鳍具有黏弹性性质. 采用分数Zener模型拟合实验数据, 并将拟合结果与3参数和5参数线性模型拟合结果比较, 发现3参数线性模型拟合效果较差, 分数Zener模型和5参数线性模型都较好地拟合了松弛曲线, 但分数Zener模型具有使用参数更少的优点.      

Dynamics of dual pontoon floating structure for cage aquaculture in a two-dimensional numerical wave tank

The trend of using floating structures with cage aquaculture is becoming more popular in the open sea. The purpose of this paper is to investigate the dynamic properties of a dual pontoon floating structure (DPFS) when attached to a fish net by using physical and numerical models. A two-dimensional (2-D) fully nonlinear numerical wave tank (NWT), based on the boundary element method (BEM), is developed to calculate the wave forces on the DPFS. The wave forces on a fish net system are then evaluated using a modified Morison equation. The comparisons of dynamic behaviors between numerical simulations and experimental measurements on the DPFS show good agreement. Results also display that a fish net system causes the resonant response of body motions and mooring forces to be slightly lower due to the net's damping effect. Finally, for designing the rearing space of cage aquaculture, the influences which net depth and net width have on the DPFS dynamic responses are also presented in this paper.     

Nonlinear dynamical behavior of surface electromyographical signals of biceps muscle under two simulated static work postures

The primary objective of this study was to explore nonlinear characteristics, if any, of the surface myoelectrical (EMG) activity of the biceps muscle during simulated maximum voluntary contraction at a reference arm posture (MVCRP), and at an elevated static arm work posture (EAWP) observed on the manufacturing assembly line. The results showed that positive Lyapunov exponents existed for each of the trials in both work postures. The statistical test of significance showed that surface EMG of the biceps brachii was more chaotic under the MVCRP condition as compared to the EWAP condition. Based on the Kaplan-Yorke dimension, it was observed that the recorded two types of time series EMG data were similar in complexity. The study also found a significant difference in fractal dimensions between the two postures. It was concluded that the nonlinear dynamical EMG properties expressed in terms of the Lyapunov exponents, Kaplan-Yorke dimension, and fractal dimensions could be used as sensitive indices for evaluation of the level of muscular efforts under static work conditions.     

基于三维数字图像相关方法的面部表情变形测量研究

目前关于人脸面部表情的相关研究正在逐渐应用到各领域,而其研究大多为基于数据库的定性分析。本文将三维数字图像相关方法用于人脸面部表情研究。首先,针对人脸面部图像的具体特点,在深入研究方法原理的基础上,提出以参数优化和消除刚体位移来提高实验测量精度。在此基础上,对普通表情和微表情状态下面部肌肉变形进行精确的计算和定量的研究,分析特定表情的形成原因。实验采用自传式回忆的方法唤起被测试者的基本情绪,随之进行模仿来诱发面部普通表情;采用指导性表达抑制的方法诱发被测试者的微表情。通过对特定表情状态下的肌肉运动进行全场和局部的计算,获得精确的三维位移场和位移矢量场。结果表明,面部微表情状态与普通表情状态的运动规律基本一致,只是位移幅度存在显著差异。实验测量结果与实际情况基本吻合,符合常规认知。不同的是本文将特定表情状态下面部肌肉的运动规律从以往的感性认知上升到精确计算和定量分析的水平,为面部表情的自动识别及形成机理的深入研究提供了良好的基础。