UNSTEADY／STEADY NUMERICAL SIMULATION OF THREE-DIMENSIONAL INCOMPRESSIBLE NAVIER-STOKES EQUATIONS ON ARTIFICIAL COMPRESSIBILITY

A mixed algorithm of central and upwind difference scheme for the solution of steady/unsteady incompressible Navier-Stokes equations is presented. The algorithm is based on the method of artificial compressibility and uses a third-order flux-difference splitting technique for the convective terms and the second-order central difference for the viscous terms. The numerical flux of semi-discrete equations is computed by using the Roe approximation. Time accuracy is obtained in the numerical solutions by subiterating the equations in pseudotime for each physical time step. The algebraic turbulence model of Baldwin-Lomax is ulsed in this work. As examples, the solutions of flow through two dimensional flat, airfoil, prolate spheroid and cerebral aneurysm are computed and the results are compared with experimental data. The results show that the coefficient of pressure and skin friction are agreement with experimental data, the largest discrepancy occur in the separation region where the lagebraic turbulence model of Baldwin-Lomax could not exactly predict the flow.     

谈谈运动生物力学--物理与体育专题之一

欣逢“国际物理年”与“国际运动与体育年”双至，我们在此以表征智慧与健康相结合的“物理与体育专题”献给亲爱的读者，用祝新春．体育运动作为和平与发展的有力工具，在人类生活中越来越呈现出它的重要地位和作用．几乎所有对体育运动的科学研究都与物理理论以及现代科技密切相关；我们希望通过这个系列专题作具体的阐述；也热切地恳请广大读者关心、支持并积极参与．     

跑鞋纵向抗弯刚度调整对青少年下肢生物力学影响的研究

探讨青少年跑者在不同纵向抗弯刚度(longitudinal bending stiffness, LBS)跑鞋条件下进行跑步运动时的下肢生物力学参数变化。选取10名有一定训练基础的约13周岁青少年跑者,年龄(13.5±0.6)岁;身高(166.3±1.9) cm;体质量(50.8±3.1) kg;足长(25.4±0.2) cm,分别选用3种LBS不同的跑鞋(低刚度鞋：5.0 N·m;中刚度鞋：6.3 N·m;高刚度鞋：8.6 N·m)进行跑步运动生物力学综合测试,通过VICON三维运动捕捉系统和AMTI三维测力台同步采集受试者下肢反光标记点轨迹和地面反作用力,分析比较不同LBS跑步支撑期的下肢关节角度、峰值力矩、关节功率和做功变化。在3种不同LBS条件下,中刚度鞋和高刚度鞋的髋关节屈伸活动度显著小于低刚度鞋;高刚度鞋的跖趾关节屈伸活动度显著小于低刚度鞋与中刚度鞋;矢状面上,中刚度鞋和高刚度鞋的髋关节峰值力矩显著小于低刚度鞋;低刚度鞋与中刚度鞋的踝关节峰值力矩显著小于高刚度鞋;中刚度鞋和高刚度鞋的跖趾关节峰值力矩显著小于低刚度鞋。中刚度鞋和高刚度鞋髋关节做正功和负功显著小于低刚度鞋;中刚...     

人体肌骨的多柔体系统动力学研究进展

人体肌肉骨骼系统简称肌骨系统, 包括骨骼、骨骼肌与关节连接, 其力学模型是典型的多柔体系统. 从多体动力学角度研究肌骨系统, 主要关注其在运动过程中的肌肉内力、关节力矩及产生的动力学影响, 属于动力学与生物力学的交叉融合. 肌骨系统的多体动力学模型已被广泛地应用于临床医学、竞技体育、军事训练、人机工程等诸多领域, 其仿真结果可为提高人体运动能力、降低关节载荷与能耗、避免运动损伤、加快康复进程等提供重要计算参考数据. 与此同时, 上述研究亦对肌骨动力学研究提出了许多新挑战. 本文综述了人体肌骨多柔体系统动力学相关研究进展, 包括骨骼肌功能解剖与生物力学建模、神经与肌肉控制理论、肌骨系统动力学问题与求解方法, 以及近年来肌骨多体动力学在步态分析、飞行员抗荷动作、口颌手术规划等领域的典型应用. 与工程领域的机械多体系统相比, 人体肌骨多体系统具有肌肉内力主动性与肌肉控制冗余性两大特征. 现有骨骼肌模型难以同时考虑肌肉的解剖结构、三维几何与肌力产生的生物化学机制. 已有大多数肌骨模型采用静态优化假设消除肌肉冗余性, 忽略了肌肉与肌腱内力平衡及兴奋收缩耦联机制. 此外, 目前仍缺乏实现肌骨模型个性化的无创在体测试手段. 未来, 人体肌骨多体动力学研究将会向更精确、智能、个性化的方向发展, 成为动力学与生物力学交叉的热点研究领域.      

拔河的力学分析

拔河比赛要求运动员协调一致,战术运用恰当,才能取得较好成绩.本文通过对拔河的生物力学分析,弄清其力学原理,为训练和比赛提供生物力学依据.1 拔河运动的力学原理 要使物体运动状态发生变化,就必须对物体施加力,当一个物体受到合外力不为零     

听觉灵敏度的生物力学

这篇关于听觉灵敏度生物力学的综述报告,不是讨论人及其他哺乳动物的大脑怎样分析沿听神经纤维传入大脑的信息,而是讨论耳蜗如何开始收集那些信息。不用说,大脑只有在初始信息良好的情况下工作时,才能产生它的种种译释的奇迹。对于频率选择性来说,这些译释奇迹取决于作为被动宏观力学系统的耳蜗的某些卓越特性,其中包括在耳蜗流体内振动的具有陡坡度刚度分布的基底膜。但是,在低声级(在任何特殊频率下)时,听觉灵敏度的生物力学也会使主动微观力学系统发挥作用,这在过去几年里由于对外毛细胞的探测,已经逐渐予以搞清,并且通过正反馈的过程,这个系统将基底膜的振动予以放大(在健康的耳朵里)。这种放大又给内毛细胞提供一个增强了的低声级信号,从而使得内毛细胞能够产生听神经纤维活动的那一阈值事实上非常低。     

对我国女排运动员跳发球的生物力学分析

在目前国内、国际大赛中女子排球运动员的跳发球已显示出强大的破攻威力。研究结果表明：中国女排运动员在比赛中应大力提倡使用跳发球，同时应进一步提高女排运动员腰腹爆发力和挥臂动作的能力。     

生物力学与基因——献给周培源教授诞辰100周年

生物界包罗万象，其中有力的作用，所以有生物力学，自Galileo,Harvey,Boreli,Hooke,Euler,Young等创始以来，生物力学阐明了鸟飞鱼游，人体运动，血液循环，人工脏器等，对人世社会，有所贡献，生物力学的基础是质点力学，传统地用连续体力学的概念来简化。但近年做生物组织在应力的作用下改造的问题，引起了了必须更改传统连续体力学的几个公理的问题，本文将讨论这些公是，然后指出新理存在的理由，是由于基因在细胞里的日常工作，基因不单主宰遗传，变异；并且忙着控制日常生活，不过，现在仅见其端倪，详细的情形，要等将来阐发了。     

腰椎椎间植骨融合有限元分析

为了评估植骨融合术对腰椎运动和应力分布的影响, 利用影像诊断技术(CT扫描) 和CAD三维重建技术获得人体腰椎三维模型, 椎间盘纤维环采用各向异 性纤维加强超弹性本构模型, 建立了包括椎体、椎间盘和韧带的正常有限元模型以 及L3-L4融合的腰椎L2-L4节段有限元模型, 并通过对比模拟和实验结果验证其有效 性. 利用商业有限元软件ABAQUS/Standard 进行前屈、后伸和轴向旋转载荷情况下 的模拟分析, 对比两种模型在不同状态下的运动范围及应力分布情况. 模拟结果显 示: 在相同的载荷情况下, 融合模型的运动范围和正常模型相比明显偏小; 相邻椎 体的应力分布与正常模型明显不同, 但植骨融合对相邻椎间盘的影响相对较小. 此 外, 小关节对维持脊椎正常生理功能起着重要作用, 小关节功能丧失会使相应节 段的椎间盘髓核压力增大.     

《力学快报》创刊号出版

Theoretical & Applied Mechanics Letters(TAML,中文刊名《力学快报》)是由中国科学院力学研究所和中国力学学会主办的学术期刊(ISSN 2095-0349,CN11-5991/03),其创刊号已于2011年1月10日出版.创刊号共发表文章21篇,包括:创刊词1篇、固体力学8篇、流体力学7篇、动力学与控制