关键词： 踝关节损伤   踝内翻扭伤   韧带损伤   韧带撕裂   距腓前韧带   跟腓韧带   足踝模型   有限元分析  

摘要： 背景：在跳跃落地的过程中，踝关节内翻扭伤频繁发生，这一动作常导致距腓前韧带和跟腓韧带受损。以往的研究常采用内翻角度等指标来代表损伤风险，这些指标与踝扭伤的关系缺乏数据支持。目的：通过三维多体足踝模型，计算下落跳时的距腓前韧带和跟腓韧带应变，探讨增加足外展角度落地是否会降低内翻扭伤风险。方法：共招募35名高运动需求的健康参与者，其中男性15名，女性20名；年龄(21.0±0.9)岁；身高(176.2±8.8) cm；体质量(71.6±12.8) kg。使用活板门装置进行下落跳测试模拟踝关节内翻扭伤。测试过程中，参与者被要求分别在自然着地和外展着地两种状态下跳落在活板门上，使用12摄像头三维红外动作捕捉系统来记录参与者的运动学数据，随后利用这些运动学数据驱动三维多体足踝模型，计算距腓前韧带和跟腓韧带的应变。结果与结论：与自然着地状态相比，在外展着地状态下，距腓前韧带的应变显著降低[自然着地：(3.57±1.92)%，足外展着地：(0.36±1.18)%,P <0.001,Cohen’sd=2.01]，同时跟腓韧带的应变也显著降低[自然着地：(1.38±1.80)%，足外展着地：(0.28±2.29)%,P=0.003,Cohen’sd=0.81]。这些结果表明，外展着地可以有效降低下落跳时踝关节内翻状态下的距腓前韧带和跟腓韧带应变，进而减少踝关节内翻扭伤的风险。

关键词： 小样本学习   目标检测   元学习   特征耦合   特征融合   任务解耦  

摘要： 在当前基于元学习的小样本目标检测方法中，查询图像和支持图像的特征提取过程往往在进行最终特征融合之前是独立进行的，缺乏有效的信息交互，这导致查询特征的代表性信息不足，尤其在样本极度有限的情况下更为显著。为解决这一问题，提出了一种基于特征耦合注意力机制的小样本目标检测方法（FC-FSOD）。FC-FSOD以Faster-RCNN作为基础网络架构，并在此基础上进行了创新：首先，设计了特征增强耦合模块，该模块增强了支持特征，使其成为更具代表性的支持原型；接着，通过注意力机制将原型与查询特征进行耦合，赋予查询特征以特定于支持特征的感知信息；其次，综合考虑查询图像的ROI特征与类级原型之间的差异性和相似性，设计了一种更为鲁棒的特征融合策略；最后，对分类和回归任务进行了解耦处理，消除了全局平均池化对回归预测的负面影响。在PASCAL VOC和MS COCO这两个公开数据集上的实验结果表明，所提出的方法在多种小样本场景中的检测精度均有明显提升。

关键词： 电流信号   机电耦合   工业机器人   谐波减速器  

摘要： 目的:减速器是工业机器人核心关键零部件之一，其性能的好坏会对机器人的运行精度产生重要影响。基于电流信号对减速器进行故障诊断是应用较为广泛的一种方法，但是针对减速器故障模式在电流信号中的表现特性很少有学者研究。方法:本文首先建立了谐波减速器与驱动电机的机电耦合模型，揭示了谐波减速器的故障特征在电流信号中会受到电流调频频率的调制干扰；通过仿真多故障频率在恒速/变速工况下的电流信号，并采用短时傅里叶的方法，研究了减速器故障频率在电流频谱中的分布特性；最后搭建谐波减速器故障试验台，分别对正常和柔轮磨损故障状态的谐波减速器进行了恒速/变速工况下的实验，并采用短时傅里叶的方法进行频谱分析。结果:本文通过实验验证了建立的工业机器人用谐波减速器机电耦合模型的正确性。并得到谐波减速器柔轮磨损状态下的特征频率分别为15 940 Hz和28 125 Hz。结论:本研究可为柔轮磨损状态下的谐波减速器数据采集提供参考依据，为基于电流信号的谐波减速器故障诊断数据预处理提供理论指导。

关键词： 不确定性分析   抽样方法   多物理耦合   核数据   工程参数   中子学   热工水力   燃料性能分析  

摘要： 为了研究核反应堆堆芯中子学、热工水力和燃料性能分析等多物理耦合计算的不确定性，本文首先基于“两步法”计算软件Bamboo-C和燃料性能分析程序FEMAXI，通过UTAB方法实现了堆芯多物理耦合计算功能，而后采用统计学抽样方法对华龙一号堆芯多物理耦合关键响应进行不确定性分析。结果表明：华龙一号堆芯首循环临界硼浓度的不确定度为45.4×10-6～46.1×10-6；BOL状态下径向和轴向功率分布的最大相对不确定度分别为2.1%和0.96%；EOL状态下径向和轴向功率分布的最大相对不确定度分别为0.8%和0.83%。本文建立的多物理耦合不确定性分析方法为核反应堆的设计、运行和安全分析提供了有效的工具，有助于提高反应堆的安全性和经济性。

关键词： 桥梁工程   桩基础   多年冻土退化   竖向承载特性   有限元分析  

摘要： 近年来全球升温明显,多年冻土退化趋势显著。为研究多年冻土退化对桩基础竖向承载力的影响规律,建立了考虑多年冻土退化效应的桩基础有限元模型,分析了多年冻土区季节活动层厚度的改变对桩基础竖向承载力的影响规律。结果表明,随着季节活动层厚度的增加,桩基础的竖向极限承载力呈现减小的变化趋势;不同季节活动层厚度工况下桩基础的最大应力均出现在桩头位置,最小应力均出现在桩底位置,并且随着荷载的增大,桩基础最大应力出现的区域呈现出由桩头位置逐渐向桩底位置扩大的趋势;当季节活动层厚度相同时,随着荷载的增加,土体应力整体呈增大的趋势,且最大应力出现位置均呈现出随着荷载的增大从桩身周围土体向桩底土体转移的趋势。

关键词： 风力发电机   损耗   温度   多场耦合   固有参数   有限元  

摘要： 针对永磁同步风力发电机运行过程中因固有参数摄动导致电感和磁链计算精度偏低的问题，提出一种计及多场双向耦合效应的永磁同步发电机（permanent magnet synchronous generator， PMSG）电感与磁链摄动分析的方法。以一台2 MW永磁同步风力发电机为例，首先，根据电磁学和传热学理论，分析PMSG热源，建立电磁损耗模型，结合永磁同步风力发电机的螺旋水道结构，分析PMSG温升，建立温度-流体场模型，根据多物理场耦合机制建立PMSG电磁-温度-流体的多场双向耦合模型；其次，基于电磁-温度-流体场双向耦合模型，采用有限元交替迭代方法计算不同温度下PMSG的电感和磁链数值；最后，利用最小二乘法进行电感和磁链的数据拟合，得到风电工程背景下额定工况中PMSG电感和磁链的表达函数。与冻结磁导率法、有限元法进行对比分析，该方法获得的永磁同步风力发电机电感和磁链的摄动特性与表征方法有效且精确。

关键词： 代理模型   高维模型分解   FHDMR   径向基函数  

摘要： 为更好解决高维非线性响应系统的近似问题，在乘积型高维模型分解方法（FHDMR）的基础上，引入径向基函数（RBF）模型将分量函数显示化，进而提出了非线性响应预测的显示高维模型分解法。该方法将高维非线性映射关系转化为可省略高阶耦合项的低阶多项式，构造出能反映设计变量间线性或非线性及其相关性的显示函数表达式。数值算例和工程算例的对比分析表明，所提方法能有效地预测复杂高维系统的响应，其计算精度高、能够大幅降低计算成本，针对非线性程度高的函数关系拟合效果尤为显著，也为解决“黑箱问题”拓展了新途径。

关键词： 有限元分析   一体式垫块假体   髋臼骨缺损   3D打印  

摘要： 目的　设计一种重建重度髋臼侧骨缺损的定制3D打印一体式垫块假体，利用有限元分析方法分析其各个部件及骨的应力分布、位移和临床可靠性。方法　选取1例PaproskyⅢA型髋臼侧骨缺损患者的双侧髋关节CT数据，使用Mimics Medical、Geomagic Wrap、SOLIDWORKS和ANSYS Workbench软件建立有限元模型，定制3D打印一体式垫块假体，模拟单足站立姿态分析假体和髋关节的生物学性能。结果　髋关节各部件von Mises峰值分布于股骨柄处，为67.318 MPa。定制3D打印垫块假体von Mises峰值分布于垫块与髋臼骨接触的前上方，为6.935 MPa。股骨柄von Mises峰值分布于股骨柄与股骨头连接处，为67.318 MPa。衬垫von Mises峰值分布于靠近臼杯顶部螺钉9固定处，为1.333 MPa。螺钉总体von Mises峰值分布于螺钉9与垫块连接处，为2.215 MPa。皮质骨von Mises峰值分布于股骨远端，为9.844 MPa。松质骨von Mises峰值分布于股骨与股骨柄连接处的远端，为0.701 MPa。髋骨von Mises峰值分布于正常臼窝与缺损髋臼移行处前方，为8.002 MPa。定制3D打印垫块假体的微动值峰值位于垫块顶部靠近髋臼后上方处，为0.114 mm。股骨柄及股骨头的微动值峰值位于股骨头与臼杯接触处，为0.132 mm。假体与髋骨接触面的微动值范围为0.098～0.131 mm。结论 定制的3D打印一体式垫块假体在模拟单足负重站立时，所有部件及髋臼骨面的应力分布均小于其屈服强度。臼杯与髋臼骨面的微动阈值在可接受范围内。生物力学分析提示该患者术后短期内可以进行负重站立康复锻炼，但是需谨慎进行步行或慢跑康复锻炼。

关键词： 数字岩心   泥质致密砂岩   有限元   分水岭算法   纵横波速度  

摘要： 基于三维X射线CT图像重构的数字岩心模型，是目前计算岩石纵横波速度的重要方法，但由于CT图像难以准确区分致密砂岩中泥质和岩石碎屑颗粒，利用X射线CT图像研究泥质致密砂岩纵横波速度难度较大。本研究通过建立二维数字岩心模型，开展有限元模拟，讨论泥质含量、分布形式以及微孔隙的发育程度对岩石弹性参数的影响，基于影响岩石弹性参数的主控因素，探索利用三维数字岩心模拟泥质砂岩纵横波速度的可行性。研究表明：分散泥质以及骨架结构泥质对岩石体积模量影响较小，颗粒-颗粒接触面结构泥质对体积模量影响较大，三种泥质分布形式对剪切模量影响相当；泥质含量对岩石体积模量的影响小于泥质分布形式，而泥质含量对剪切模量的影响大于泥质的分布形式；与分散泥质相关的微孔隙对岩石弹性参数影响较小，而岩石弹性参数对与骨架结构泥质和颗粒-颗粒接触面泥质相关的微孔隙敏感，且微孔隙增加对剪切模量的减小大于体积模量。根据上述模拟结果，针对泥质砂岩建立了基于三维分水岭算法的颗粒-颗粒接触面泥质模型，模拟结果与实测值吻合较好。

关键词： 重组竹   自攻螺钉   抗拔锚固性能   有限元分析  

摘要： 重组竹是一种低碳高强度的生物质建材，而作为竹木结构常用连接件的自攻螺钉具有突出的锚固承载能力，因此，自攻螺钉在重组竹中的抗拔锚固性能对重组竹结构的节点连接起到重要作用。由于生物质材料性质具有差异性，大量重复试验成本高，难以做到全覆盖，有必要利用数值分析方法对自攻螺钉锚固节点力学性能进行系统分析。但是由于螺纹与工程竹材机械咬合作用复杂，其受力过程难以准确模拟。针对该问题，利用ABAQUS建立精细化重组竹自攻螺钉节点模型，对该节点的应变和荷载-位移曲线进行数值分析，并对比了5种自攻螺钉轴向与纤维顺纹方向夹角和3种自攻螺钉埋置深度下自攻螺钉拉拔锚固承载力和刚度。研究表明：精细化数值模型能够准确模拟自攻螺钉在抗拔情况下的受力全过程，自攻螺钉在重组竹中的锚固承载力和刚度数值结果与试验结果平均误差值分别为6.69%和15.86%；重组竹螺孔和埋置的自攻螺钉应力分布集中在重组竹和自攻螺钉接触区域；自攻螺钉在重组竹中的锚固承载力和刚度随着锚固深度增加而增大，随螺钉与重组竹顺纹之间夹角的增大呈现出先增大后减小的规律，在夹角为45°时达到最大。