评价骨折愈合程度的方法的研究

本文通过用相关函数，传递函数，谱密度函数分析等方法对叩击声在骨中的振动特性进行分析研究，并将各种方法所得结果进行比较，经过实验验证得出互谱分析是评价骨折愈合程度较好的方法。它为临床诊断骨折愈合程度提供了重要方法。     

人体长骨振动的在体测试

振动分析技术用来诊断骨病和估计骨折愈合程度的可行性已得到证实。测试时常用的激振方式有电动、人工和超声等，拾振装置有传声器、力传感器和加速度计等。文章采用医用叩诊锤激振、双加速度计拾振，在不同情况下在体测试了人体长骨的振动。通过分析测试信号的功率谱及传递函数，发现骨组织中振动传播具有方向性，拾振器的质量、测点及激振点位置对测试结果有影响。实际应用中应选用质量较小的拾振器，且应尽量保持待测肢与对照肢的测试条件一致。     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

基于损伤累积的爆破振动传播规律试验研究

为进一步揭示基于损伤累积的爆破振动波传播与衰减规律,设计混凝土试块进行损伤累积及爆破振动测试试验。结果表明,测点损伤值随爆破次数增加持续增大,中远区测点损伤有初期缓增及后期突增两阶段;测点单次爆破振动速度随距离增大而减小,近区测点振动速度减小较中、远区测点快;测点爆破振动速度随爆破次数增加总体减小,且爆源近区减小较快,中远区呈小幅度缓慢减小;随爆破次数继续增大各测点振动速度存有突增过程,且衰减系数 增加缓慢, 值减小,两者均存在小幅度畸变过程;多次爆破时确定振动安全阈值及爆破振动波传播衰减规律( 、 值)时应充分考虑损伤累积效应。     

复合材料梁结构损伤定位的无参考点互相关分析方法

改进了基于互相关函数的损伤检测方法,不需要定义参考点就可以对复合材料梁结构的损伤进行定位。首先采集完好结构各测点的两组加速度响应,一组作为参考响应,另一组作为其特征响应;当结构发生损伤后,采集损伤结构各测点加速度响应作为其特征响应,分别计算完好结构及损伤结构的特征响应与参考响应间的互相关函数;以各测点响应互相关函数最大值在结构完好与损伤之间的相对变化作为损伤指标,对不同测点间的损伤指标进行差分处理,获得相应的损伤定位指标以定位损伤。针对蜂窝夹层复合材料梁单位置损伤和多位置损伤的损伤检测实验表明,该方法仅利用各测点在随机激励下的振动响应信号便可以准确定位损伤。     

福州地铁运行引起的环境振动加速度预测分析

建立了车轨垂向耦合振动数值模型和隧道-土体有限元模型,总结了地铁沿线典型场地土分布,利用车轨垂向耦合模型获得振源加速度,通过隧道-土体有限元模型对福州地铁运行引起的环境振动加速度进行了预测分析。结果表明,福州市场地类别以II类和III类为主,环境振动加速度振级随着距离的增加呈减小的趋势,且III类场地低频成分更加丰富,可能引发频率相近的建筑物和精密仪器的共振;两种场地类型均存在一个振动放大区,且III类场地的振动放大区的幅度更大,范围更广;在一定的距离范围内,环境振动加速度主频体现了扣件轨道共振频率,对于加速度主频和2 Hz以下的低频振动,距离的影响不明显;环境振动加速度振级随着车速的增加而增大;载客量的增加仅有限的增大40 m范围内的环境振动;列车单线运行时引起的环境振动加速度振级比双线运行时有较明显的降低,且III类场地的降幅大于II类场地。     

工程爆破对周围环境振动影响的测试与分析

基于基坑三向振动速度现场测试,通过数据处理与1/3倍频分析,研究了不同距离测点的爆破振动频率特性,段药量和不同起爆网路对爆破振动频率的影响,各向振动加速度振级随距离的变化规律。结果表明,爆破地震的频率主要集中在15Hz~80Hz范围内;段药量越小,主振频率越高,主频域处于较高的频率范围,高频所占的能量比例较大;地表延时分区起爆与V型起爆相比,其质点振动加速度峰值较小,主频有明显提高,并且出现多峰;爆破引起的地面垂直方向振级大于两个水平方向振级,Z向振级为50dB~115dB,X向振级为45dB~110dB,Y向振级为40dB~105dB,随着测点至爆源距离的增大,不同方向的振级均呈现衰减趋势,同时又表现出一定的波动性,50m以内时,振级衰减较快,50m以外,振级衰减较慢。     

工程爆破对周围环境振动影响的测试与分析

基于基坑三向振动速度现场测试,通过数据处理与1/3倍频分析,研究了不同距离测点的爆破振动频率特性,段药量和不同起爆网路对爆破振动频率的影响,各向振动加速度振级随距离的变化规律。结果表明,爆破地震的频率主要集中在15Hz⁸0Hz范围内;段药量越小,主振频率越高,主频域处于较高的频率范围,高频所占的能量比例较大;地表延时分区起爆与V型起爆相比,其质点振动加速度峰值较小,主频有明显提高,并且出现多峰;爆破引起的地面垂直方向振级大于两个水平方向振级,Z向振级为50dB80Hz范围内;段药量越小,主振频率越高,主频域处于较高的频率范围,高频所占的能量比例较大;地表延时分区起爆与V型起爆相比,其质点振动加速度峰值较小,主频有明显提高,并且出现多峰;爆破引起的地面垂直方向振级大于两个水平方向振级,Z向振级为50dB¹15dB,X向振级为45dB115dB,X向振级为45dB¹10dB,Y向振级为40dB110dB,Y向振级为40dB¹05dB,随着测点至爆源距离的增大,不同方向的振级均呈现衰减趋势,同时又表现出一定的波动性,50m以内时,振级衰减较快,50m以外,振级衰减较慢。     

地铁下沉式车辆基地振动测试与评价

选择某地下双层地铁停车场为研究对象,以现场实测方式对列车引起下沉式车辆基地上盖结构振动展开研究;分析列车出入停车场对盖板环境振动的影响,并结合国内相关标准进行评价。结果显示:在咽喉区的盖板测点垂向振动大于其他区域,其振动加速度级也超过了国家相关标准限值,而库内区的振动符合相关标准。在同一盖板上的测点,板中测点的振动最大;而各板中测点的不同中心频率所对应的振动加速度级大小基本一致,且Z振级随距离的衰减呈现线性关系;当列车通过测点正下方时,越靠近边界的测点振动越大。     

隧道周边孔爆破振动信号分析

为了解周边孔爆破对控制爆破振动速度的影响,以大连玉华220kV线路新建工程2#大里程隧道为例,分析周边孔爆破振动信号。2#大里程隧道临近商业建筑,通过掏槽孔、周边孔两次起爆,达到了控制爆破振速的目的。因此,在爆破断面垂直的商铺附近,距离爆破断面约6m处布置测试点进行监测。采用FFT法、小波包分析法、加速度功率谱密度法对爆破的振动速度、持续时间、主频、能量-频率分布等进行了分析。结果发现:周边孔爆破中距爆破断面水平距离6m处的最大单向振动速度为1.122 4cm/s,频率较高,80Hz以上,在《爆破安全规程》规定的振动速度范围之内。同时分析了3种方法的异同点,FFT法的速度谱与小波包分析的能量-频谱图波形相似,主频与小波包分析法相差不大,与加速度功率谱密度计算的主频非常接近,可用FFT法初步分析爆破振动信号的能量分布比例。小波包分析法在主频确定方面有更高的分辨率,在精细分析时应采用小波包分析法进行爆破振动信号的分析。该爆破振动信号分析对有效地控制振动速度,降低爆破对周边建筑物的损害和爆破网路设计有着很好的指导意义。     

Blind phase shift estimation in phase-shifting interferometry

A blind phase shift estimation algorithm that allows simultaneous calculation of phases and phase shifts from three or more interferograms is presented. In phase-shifting interferometry, the phase shift errors introduce specific correlations between the calculated background intensity distribution and the fringe component. These correlations can be measured with a cross-power spectrum. By minimization of an objective function based on this cross-power spectrum, the actual phase shifts are estimated and used for phase recovery. The validity of this algorithm is verified by both the numerical simulation and the experiment results.     

Statistical estimation of ultrasonic propagation path parameters for aberration correction

Parameters in a linear filter model for ultrasonic propagation are found using statistical estimation. The model uses an inhomogeneous-medium Green's function that is decomposed into a homogeneous-transmission term and a path-dependent aberration term. Power and cross-power spectra of random-medium scattering are estimated over the frequency band of the transmit-receive system by using closely situated scattering volumes. The frequency-domain magnitude of the aberration is obtained from a normalization of the power spectrum. The corresponding phase is reconstructed from cross-power spectra of subaperture signals at adjacent receive positions by a recursion. The subapertures constrain the receive sensitivity pattern to eliminate measurement system phase contributions. The recursion uses a Laplacian-based algorithm to obtain phase from phase differences. Pulse-echo waveforms were acquired from a point reflector and a tissue-like scattering phantom through a tissue-mimicking aberration path from neighboring volumes having essentially the same aberration path. Propagation path aberration parameters calculated from the measurements of random scattering through the aberration phantom agree with corresponding parameters calculated for the same aberrator and array position by using echoes from the point reflector. The results indicate the approach describes, in addition to time shifts, waveform amplitude and shape changes produced by propagation through distributed aberration under realistic conditions.     

Extending structural health monitoring concepts for bone healing assessment

A series of experimental investigations are performed to show the potential of integrating sensing elements into an external fixation for healing assessment of a fracture femur. This investigation is supported by finite element analyses that highlight the fundamental structural dynamics, which enable a stiffness‐based healing assessment methodology. A saw‐bone femur externally fixated with a Hoffman II will be subjected to an artificial fracture. The healing of the fractured femur is simulated with the curing of epoxy applied to the fractured region. The finite element analyses results will help determine the useful modes for assessing the state of healing of the fracture that can be attributed to the changes in the stiffness of the fixated structure. The findings will be tested against a set of experiments to show how the stiffness‐related quantities can be delineated from the dynamic response. The results reported will show distinct changes to the frequency response functions as the epoxy cures demonstrating the potential of integrating sensors onto an external fixation for healing and fracture union assessment.     

低频簧片仪冲击特性与破坏规律分析

低频簧片仪是低频段冲击谱测量的主要装置,其结构为一组具有不同固有频率的集中质量悬臂梁。舰艇受到爆炸冲击时,集中质量悬臂梁易发生塑性变形或断裂,直接影响测量结果。为分析集中质量悬臂梁抗冲击能力,利用模态叠加法建立集中质量悬臂梁在冲击载荷作用下理论模型,分析集中质量悬臂梁在冲击载荷作用下动态响应及破坏规律。研究结果表明:集中质量悬臂梁固有频率越高,应力峰值越大,越容易发生塑性变形或断裂;对于集中质量悬臂梁,冲击载荷破坏能力仅与极限谱位移有关,极限谱位移越大,其破坏能力越大;负波延迟对集中质量悬臂梁的破坏能力具有一定影响,可在常规抗冲击设计中通过增大极限谱位移考虑此影响。     

排气系统吊耳动静态特性分析及结构优化

吊耳是汽车排气系统的隔振关键部件,其动静态特性直接影响隔振性能。用非线性有限元数值计算方法研究一种典型吊耳动静态特性,首先建立吊耳有限元模型,选择合适本构模型,模拟吊耳的动静态特性并计算吊耳三向静刚度,再用不同频率正弦信号激励吊耳,模拟其动态特性并用互功率谱的方法计算动刚度和阻尼角;最后运用正交试验方法对吊耳进行结构优化,找出对吊耳动静态特性影响最大结构参数并得到优化方案,使得吊耳动静态特性满足要求,提高隔振性能。     

Materials evolution of bone plates for internal fixation of bone fractures:A review

Bone plates play a vital role in bone fracture healing by providing the necessary mechanical fixation for fracture fragments through modulating biomechanical microenvironment adjacent to the fracture site.Good treatment effect has been achieved for fixation of bone fracture with conventional bone plates,which are made of stainless steel or titanium alloy.However,several limitations still exist with traditional bone plates including loosening and stress shielding due to significant difference in modulus between metal material and bone tissue that impairs optimal fracture healing.Additionally,due to demographic changes and non-physiological loading,the population suffering from refractory fractures,such as osteoporosis fractures and comminuted fractures,is increasing,which imposes a big challenge to traditional bone plates developed for normal bone fracture repair.Therefore,optimal fracture treatment with adequate fixation implants in terms of materials and design relevant to special conditions is desirable.In this review,the complex physiological process of bone healing is introduced,followed by reviewing the development of implant design and biomaterials for bone plates.Finally,we discuss recent development of hybrid bone plates that contains bioactive elements or factors for fracture healing enhancement as a promising direction.This includes biodegradable Mg-based alloy used for designing bone screw-plates that has been proven to be beneficial for fracture healing,an innovative development that attracts more and more attention.This paper also indicates that the tantalum bone plates with porous structure are also emerging as a new fracture internal fixation implants.The reduction of the stress shielding is verified to be useful to accelerate bone fracture healing.Potential application of biodegradable metals may also avoid a second operation for implant removal.Further developments in biometals and their design for orthopedic bone plates are expected to improve the treatment of bone fracture,especially the refractory fractures.     

FFT幅相联合的快速高精度频率估计方法

快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）常用于信号频率估计,采用填零的方法可降低幅度谱频率搜索间隔的量化误差,但是会使频率估计的计算量成倍增加。本文提出了一种FFT幅相联合的快速高精度频率估计算法,首先利用信号采样的频谱序列和尾首样本差确定幅度谱及峰值位置,然后由频谱序列在幅度谱峰值位置和信号采样的尾首样本差来确定频率搜索间隔的量化误差校正值。因此,所提方法同时利用了幅度谱峰值的位置信息与相位信息。分析结果表明,与仅基于幅度谱搜索的FFT算法相比,所提方法的计算复杂度更低,且定位精度更高。     

基于2013年马甸桥北气象塔实测数据的北京城区地貌风速谱分析

基于实测的风场特性研究是结构抗风中的基础性工作之一。脉动风速谱作为风场特性的主要参数之一,描述了风的能量在频率上的分布情况。Van der Hoven最先测得的包括宏观气象尺度峰值和微观气象尺度峰值的风速谱在风工程领域具有奠基性贡献。由于早期采集设备精确性不高、计算分析水平不足,以及近年来城市化进程加快,城市地貌下全频率范围的风速谱有待进一步考查。该文采用2013年北京气象塔47 m、80 m和140 m高度处超声风速仪测得的风速数据,计算分析了反映宏观和微观气象尺度变化的全频率风速谱,并和Van der Hoven风速谱以及其他学者的实测谱进行了对比。结果表明:反映宏观气象尺度变化的低频风速谱除了在周期约为4天处存在峰值外,在周期约为1天（24小时）处的峰值非常明显,而在12小时周期处的峰值相对微弱;与宏观气象尺度峰值相比,高频微观气象尺度峰值较为微弱,且随高度增加,宏观气象尺度峰值逐渐增加,而微观气象尺度峰值相差不多。考虑到结构抗风设计时关注的是强风条件下的高频段风速谱,该文挑选平均风速大于8 m/s的风速样本,对其微观气象尺度风速谱进行了讨论,并和经典风速谱进行了对比,发现不同高度处的实测高频风速谱曲线相互吻合,且实测谱与Kaimal谱接近。