桡动脉脉搏波的分析(Ⅰ)——理论结果

为了揭示在桡动脉处所描记到压力脉搏波的基本特征,我们在线化假定下求得了桡动脉处瞬态压力的分析表达式,并讨论了桡动脉处压力脉搏波的基本特征。在此基础上,对三种具体情况,详细论述了桡动脉脉搏波前面若干阶梯波形的变化规律及其所对应的生理学含义。理论波形与人体中实测波形的比较情况将另文讨论。     

分枝动脉脉搏流的数值模拟

本文考虑到血液粘度与动脉管壁的非线性特性,利用特征线法数值求解了主动脉和一根分枝动脉(桡动脉)中的脉搏流。得到的桡动脉压力波形与实测波形相似,而且改变某些生理参数能得到平缓脉、弦脉和滑脉所对应的波形,从而为解释中医脉象机理提供了一种方法,或许有可能通过脉搏波的分析求研究动脉系统的病变。     

全桡动脉波传导时间与动脉硬化参数的对比分析研究

将测量和分析不同部位的外周动脉脉搏波波形,作为一种无创评估动脉僵硬度的方法,已经受到中外医学界的广泛重视。脉搏波传导时间已经被用来作为评价动脉僵硬度的有效指标,其无创评估动脉硬化的有效价值也得到重视。本文是通过容易获取的桡动脉波形计算全桡动脉脉搏波传导时间(FRPTT),将其与已经成熟的动脉僵硬度指标作对比分析研究,来判断FRPTT是否可以用来评估人体的动脉僵硬度。对248位合格样本人员的桡动脉脉搏波波形数据进行计算分析,同时测量其身高、体重、手腕处动脉血压,计算身体质量指数、桡动脉增益指数、射血时间、FRPTT。通过对采集到的20s时间内桡动脉波形进行二次微分,用自编的软件算法自动检测出点b(心脏开始射血点)和e(左心射血的停止点)的位置,计算FRPTT。通过对算出的FRPTT值与已知的心率、脉压、增益指数三个参数进行分析和比较,发现其与心率和增益指数两个参数(P0.001)显著相关;另外,女性组的FRPTT值跟脉压显示弱的负相关性,男性组没有相关性。结果表明,FRPTT可以作为一个衡量动脉硬化的指标。     

桡动脉脉搏波的分析(Ⅱ)——与实测波形的比较

在前文~[1]基础上,本文分析了桡动脉压力脉搏波变化的基本特征,以无最纲参量ξ=(ι_0C_0)/L为依据,区分出五类常见的压力脉搏波,并对其所对应的生理、病理学含义做出说明。文章将理论波形与在人体桡动脉处无创伤描记到的实测波形作了比较,结果表明,两种波形的基本特征是相当一致的。 本文为中医弦、滑脉的分辨以及为某些心血管参数的无创伤检测提供了一种方法。     

血管的位移波——脉象新释

本文根据赵润屋的超声波实验结果提出血管的整体忙位移是脉象的新的科学解释。假设挠动脉切脉处的血管是一个在非对称载荷作用下的弹性简支梁,文章导出了位移函数的分折表达式及力学和生理参数对位移波的影响,并将它和压力波进行了比较.结果表明,位移波和压力波具有相似的波形,但具体数值不同。     

硬岩中地下爆炸震源函数的数值模拟

利用一维球对称有限差分数值计算源程序模拟了硬岩中地下强爆炸的震源函数,给出了弹性半径处的位移、径向压力波形,得到了地下爆炸的折合位移势及其源频谱。相关计算结果与已有文献给出的结果一致。同时,对介质剪切强度与地下爆炸震源强度之间的关系进行了数值分析。研究结果可为硬岩中地下强爆炸地震耦合效应的计算提供参考。     

硅集成式压力传感器设计和使用中的几个主要技术问题

本文根据测量爆炸冲击波中对测压传感器的要求,提出高频动态硅集成式压力传感器结构及封装方式。在对动态试验的记录波形进行分析比较中,发现高频硅集成式压力传感器桥臂电阻阻值对记录波形响应的影响。进而对桥臂电阻阻值参数的选择提出见解。文中还叙述了传感器安装条件和为消除在化爆中观测到的干扰波形而对传感器结构做的改进。     

弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究

开展了直径156 mm的大尺寸弹体正侵彻钢筋混凝土靶试验,通过预埋压力传感器获得了侵彻过程中不同位置处混凝土的压力值;结合数值模拟,分析了混凝土的损伤分区及不同位置的钢筋应力状态。结果表明:处于弹道附近的混凝土压力最大,峰值脉冲明显;随着距离的增加,峰值减小且脉宽增大,应力脉冲的形状由尖峰演变为相对平坦的波形。粉碎区内的钢筋达到其屈服强度,破裂区钢筋处于弹性状态,弹性区和未扰动区钢筋应力基本可以忽略。     

非线性弹性腔模型的改进

本文首先根据我国人体动脉压力-体积之间的实验数据,提出指数函数与对数函数的拟合关系,并将拟合情况与cope提出的二次抛物线的拟合情况作比较,发现压力-体积之间的指数关系拟合得最好,对数关系在较高血压时也比二次抛物线拟合得好。其次,对压力-体积之间的指数关系与对数关系,分别建立相应的非线性弹性腔模型的基本方程,并在此基础上,导出心血管参数与压力脉图面积之间的关系。最后,文章还对人体动脉压力-体积之间的指数关系、对数关系和二次抛物线关系所对应的动脉顺应性作了比较,发现用指数关系和对数关系比用二次抛物线关系具有精度高、使用方便的优点,是一种在临床中值得推广的结果。     

基于显式有限元方法的两相多孔介质地震反应研究

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相多孔介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行了计算和分析,以揭示两相多孔介质弹性地震反应的规律和性质.计算结果表明:两相介质弹性地震反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性地震反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻.本文的数值计算同时表明了时域显式有限元方法在进行两相多孔介质地震反应计算分析时的有效性.     

动脉局部狭窄时脉动流的有限元分析

本文利用有限元方法研究动脉局部狭窄下的脉动流流场,重点考查在50％与80％面积狭窄下的速度分布、压力分布、壁面剪应力分布及流动分离情况。几何形状及边界条件均模拟相应的脉动流实验模型。采用测得的随时间变化的速度分布作为入口端条件,并利用罚函数和逆风格式等计算技巧得出了光滑的与实验基本相符的速度、压力波形。本文讨论了不同狭窄下速度、压力、壁面剪应力的分布形态,给出了脉动流中狭窄处局部流动分离的间歇性变化规律,并结合实验与临床应用进行了讨论。     

一种确定均匀动脉壁面切应力的非线性方法

从Ling和Atabek提出的``局部流'理论出发，提出一种利用测量血液黏度、管轴上 的血流速度、压力和管径波形计算均匀动脉管壁切应力的非线性方法. 将这种方法与柳兆荣 等提出的利用测量血液黏度、管轴上的血流速度和平均管径计算切应力的线性方法比较，结 果表明，当管壁脉动幅度较小时，两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别较 小；而当管壁脉动幅度增大时，两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别增大. 对于小幅脉动均匀动脉，用线性方法计算管壁切应力有较高的精度；而对于大变形 均匀动脉，则需要考虑非线性因素对管壁切应力的影响. 由于作为输入量的血液黏度、轴心 血流速度、压力波形和管径波形可在活体上通过无损伤或微损伤的检测方法得到， 所提出的计算切应力的方法为在体或离体研究切应力与动脉重建的关系提供了方法学基础.     

不可压缩平面问题的位移-压力混合重心插值配点法

引入人工压力变量,将弹性本构方程以应力、应变和压力表达,建立求解不可压缩平面弹性问题的位移-压力方程和不可压缩条件方程的耦合偏微分方程组。利用张量积型重心Lagrange插值近似二元函数,得到计算插值节点处偏导数的偏微分矩阵。采用配点法离散不可压缩弹性控制方程,利用偏微分矩阵直接离散弹性力学控制方程为矩阵形式方程组。利用插值公式离散位移和应力边界条件,将离散边界条件与离散控制方程组合为新的方程组,得到求解弹性问题的过约束线性代数方程组;利用最小二乘法求解线性方程组,得到弹性力学问题位移数值解。数值算例验证了所提方法的数值计算精度为10-14~10-10。     

冲击波作用下铝的准弹性卸载行为

根据一维应变冲击波的基本关系,将Cochran 等定义的有效剪切模量与准弹性卸载过程的纵波和体波声速关联起来,并藉此研究了冲击波作用下铝的准弹性卸载特性. 利用VISAR高压声速测量技术获得了LY12铝在20$\sim$100\,GPa压力下沿着准弹性卸载过程的有效剪切模量,结果表明LY12铝的有效剪切模量随卸载应力的下降而迅速下降. 采用与卸载应力成线性关系的方程对有效剪切模量进行了近似描述,该方程的斜率随初始冲击压力的增加而增加,体现了准弹性卸载行为的压力相关性. 将有效剪切模量结果与准静态实验结果进行了比较,由此分析了冲击波作用下准弹性卸载过程的可能物理机制. 应用有效剪切模量方程对6061铝合金的准弹性行为进行了模拟,计算结果与实验结果符合很好.      

全柔性空间机器人运动振动一体化输入受限重复学习控制

探究基座、臂、关节全柔性影响下空间机器人动力学模拟、运动控制及基座、臂、关节三重柔性振动主动抑制的问题,设计了不基于系统模型信息的运动振动一体化输入受限重复学习控制算法.将柔性基座与关节等效为线性弹簧与扭转弹簧,柔性臂视为欧拉-伯努利梁模型,利用拉格朗日方程与假设模态法建立动力学模型,然后,用奇异摄动理论将模型分解为包含刚性变量与臂柔性振动的慢变子系统,包含基座、关节柔性振动的快变子系统,并分别设计相应的子控制器,构成了带关节柔性补偿的一体化控制算法.针对慢变子系统,提出输入受限重复学习控制算法,由双曲正切函数,饱和函数与重复学习项构成,双曲正切函数与饱和函数实现输入力矩受限要求,重复学习项补偿周期性系统误差,以完成对基座姿态、关节铰周期轨迹的渐进稳定追踪.然而,为了同时抑制慢变子系统臂的柔性振动,运用虚拟力的概念,构造同时反映臂柔性振动与系统刚性运动的混合轨迹,提出了基于虚拟力概念的输入受限重复学习控制器,保证基座、关节轨迹精确追踪的同时,对臂的柔性振动主动抑制.针对快变子系统,采用线性二次最优控制算法抑制基座与关节的柔性振动.仿真结果表明:控制器适用于一般柔性非线性系统,满足输入力矩受限要求,实现对周期信号的高精度追踪,有效抑制基座、臂、关节的柔性振动,证实算法的可行性.     

全柔性空间机器人运动振动一体化输入受限重复学习控制

探究基座、臂、关节全柔性影响下空间机器人动力学模拟、运动控制及基座、臂、关节三重柔性振动主动抑制的问题, 设计了不基于系统模型信息的运动振动一体化输入受限重复学习控制算法. 将柔性基座与关节等效为线性弹簧与扭转弹簧, 柔性臂视为欧拉-伯努利梁模型, 利用拉格朗日方程与假设模态法建立动力学模型, 然后, 用奇异摄动理论将模型分解为包含刚性变量与臂柔性振动的慢变子系统, 包含基座、关节柔性振动的快变子系统, 并分别设计相应的子控制器, 构成了带关节柔性补偿的一体化控制算法. 针对慢变子系统, 提出输入受限重复学习控制算法, 由双曲正切函数, 饱和函数与重复学习项构成, 双曲正切函数与饱和函数实现输入力矩受限要求, 重复学习项补偿周期性系统误差, 以完成对基座姿态、关节铰周期轨迹的渐进稳定追踪. 然而, 为了同时抑制慢变子系统臂的柔性振动, 运用虚拟力的概念, 构造同时反映臂柔性振动与系统刚性运动的混合轨迹, 提出了基于虚拟力概念的输入受限重复学习控制器, 保证基座、关节轨迹精确追踪的同时, 对臂的柔性振动主动抑制. 针对快变子系统, 采用线性二次最优控制算法抑制基座与关节的柔性振动. 仿真结果表明: 控制器适用于一般柔性非线性系统, 满足输入力矩受限要求, 实现对周期信号的高精度追踪, 有效抑制基座、臂、关节的柔性振动, 证实算法的可行性.      

考虑间隙的液压挖掘机机臂动力学研究

由于装配制造公差、磨损等情况,挖掘机的铰接处存有间隙,因间隙产生的碰撞力与液压缸相互作用,会影响到液压挖掘机的动力特性。为了获得间隙对挖掘机机臂动力学响应的影响,本文利用拉格朗日法建立挖掘机使用液压锤时,含有五个自由度的机臂模型,以液压锤的冲击力作为输入,将液压缸顶端间隙、液压锤旋转铰接间隙考虑进挖掘机的理想动力学模型进行研究。最后将理想模型与含间隙模型动力学响应求解结果进行对比分析,结果表明,间隙变大会导致液压缸活塞杆的振动加大、碰撞力加大,同时会使小臂与液压锤的铰接间隙副的轴销轨迹偏向一边。因此,考虑间隙的液压挖掘机动力学模型比传统动力学模型能够获得更详细的动力学响应变化规律,更加符合工程实际。     

形状记忆聚合物表面弹性薄膜的屈曲研究

形状记忆聚合物具有形状变化后在特定条件下可恢复的特点,因此作为一种柔性基底材料在柔性电子中得到广泛应用。对于形状记忆聚合物基底和弹性薄膜组成的双层结构,当基底收缩时,其表面的弹性薄膜可以形成屈曲波形。针对基底收缩过程中波形的变化,本文实验测得形状记忆聚合物材料在不同温度下的属性,结合一维应变恢复函数,利用柔性基底表面薄膜屈曲波形参数(波幅、波长等)表达式,求解得到了在基底收缩的过程中,弹性薄膜屈曲波形的变化规律,和实验结果吻合很好。     

BUCKLING ANALYSIS OF ELASTIC FILM BONDED ON SMP SUBSTRATE1)

形状记忆聚合物具有形状变化后在特定条件下可恢复的特点,因此作为一种柔性基底材料在柔性电子中得到广泛应用。对于形状记忆聚合物基底和弹性薄膜组成的双层结构,当 基底收缩时,其表面的弹性薄膜可以形成屈曲波形。针对基底收缩过程中波形的变化, 本文实验测得形状记忆聚合物材料在不同温度下的 属性,结合一维应变恢复函数,利用柔性基底表面薄膜屈曲波形参数(波幅、波长等)表达式,求解得到了在基底收缩的过程中,弹性薄膜屈曲波形的变化规律,和实验结果吻合很好。     

天文巡天相机冲击响应谱分析及研究

为了验证天文巡天相机结构能否承受火箭的发射冲击环境,并为电动振动台提供一种有效的时域波形合成方法以模拟发射冲击环境,根据冲击响应谱时域合成一般原理,采用合成小波法,将冲击响应谱转换为时域波形,并使用改进的递归数值滤波法将生成的时域波形再转换为冲击响应谱,通过对各个小波分量的幅值参数优化迭代,使最终的冲击响应谱满足试验规范,再对各个小波分量的延迟时间参数优化迭代,使时域波形的加速度峰值在电动振动台的许可范围以内。建立天文巡天相机结构有限元模型,以冲击响应谱作为输入对巡天相机进行响应谱分析,以合成的时域波形作为输入对巡天相机进行瞬态分析。响应谱分析与瞬态分析结果最大应力值分别为726MPa和757MPa,均超过了结构屈服极限,表明相机无法承受发射冲击环境,两者重合度很好,证明了合成的时域波形的有效性。