生物力学基础.docx

一、名词解释1. 力学基本概念力：力是物体间的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化或使物体的形状发生变化。内力：在外力作用下，引起构件内部相互作用的力。力偶：作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力称为力偶。力矩：位矢(L)和力(F)的叉乘(M)即力对点之矩，度量了力对物体的转动效应。应力：内力在截面上的聚集状态，以分布在单位面积上的内力来衡量，即为应力。应变：材料承受应力时所产生的单位长度变形量。约束：由周围物体构成的阻碍非自由运动的限制条件，称为该非自由体的约束。约束反力：约束对物体的作用力。张力：受到拉力作用时，物体内部任一截面两侧存在的相互牵引力。周向张力：取任意通过管轴的纵截面，截面管壁之间有垂直于截面的拉力，该拉力与管长度L之比为单位管长的作用力Tc，Tc方向与圆周方向切向一致，称为周向张力。轴向张力：取垂直于管轴的横截面，截面两侧有垂直于该截面的拉力，平行于管轴。作用于单位周长上的该力则称为轴向张力。正应力：垂直于截面的应力分量称为正应力（或法向应力，用表示），表示零件内部相邻两截面间拉伸和压缩的作用。切应力：相切于截面的应力分量称为剪应力（或切应力，用表示），表示相错动的作用。弹性模量：在材料变形的弹性阶段，正应力与应变的线性关系满足胡克定律=E，其中E是弹性模量。粘弹性：兼有弹性固体和粘性流体的双重特性，具有应力松弛、蠕变和弹性滞后三个特点。粘弹性体内部的任一点在任意时刻的应力状态，不仅取决于当时当地的应变，而且与应变的历史过程有关，是记忆的。应力松弛：当负荷作用于物体使之突然发生应变后，如应变保持一定时，其应力随时间逐渐减小的现象。蠕动：物体在定值应力0的作用下，其应变随时间增加的现象。表观粘度：是非牛顿流体的剪应力与剪切速率du/dy的比值，因其与牛顿流体的粘度类似，又不尽相同，故称为表观粘度。a=/(du/dy)2.血压：指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，即压强。由于血管分动脉、毛细血管和静脉，所以，也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压。通常所说的血压是指动脉血压。当血管扩张时，血压下降；血管收缩时，血压升高。定常流：流场中任一点的流动参数（压力，速度和密度等）不随时间变化的流动。脉动流：紊流（湍流)中一点处某物理量围绕其时间平均值随机变动的现象。牛顿流体：是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。非牛顿流体：是剪应力和剪切变形速率之间不满足线性关系的流体。泊肃叶流动：现在流体力学中常把粘性流体在圆管道中的流动称为泊肃叶流动。心脏射血分数（其正常值）：每搏输出量占心室舒张末期容积量的百分比。一般50%以上属于正常范围，人体安静时的射血分数约为55%65%。射血分数与心肌的收缩能力有关，心肌收缩能力越强，则每搏输出量越多，射血分数也越大。二、简答1. 骨折：复合力、弯曲力、扭转力、压缩力、拉伸力2. 弹性蛋白纤维、胶原蛋白纤维和平滑肌的应力-应变曲线弹性蛋白纤维的滞后环很小（这意味着什么？）胶原蛋白纤维的滞后环较弹性蛋白纤维大平滑肌的滞后环最大无论滞后环还是应力松驰均甚微，意味着弹性蛋白纤维接近于完全弹性体，拉伸弹性模量较小。弹性蛋白纤维基本没有应力松弛胶原蛋白纤维的应力松弛较弹性蛋白纤维显著平滑肌的应力松弛非常显著，最终可趋于零3. 生物力学研究方法：可参考的生物力学研究思路如下：确定研究对象的形态和解剖结构的几何特征。测定生物材料的力学性质，确定应力和应变关系的本构关系。根据力学原理，如质量守恒、动量守恒、能量守恒、Maxwell方程和材料的本构方程等，建立所研究器官或系统的数学模型，确定边界条件。用解析方法、近似方法或数值方法求解数学模型。 设计和实施相应的生理学实验，得到相应的实验数据。对实验数据和从模型中得出的相应仿真结果进行分析比较，验证所建立力学-数学模型的有效性，根据情况对模型本身或模型的求解方法进行修正，直到问题得到圆满解答。4.密封的不可压缩的流体承载载荷时，内部将产生压力，其压力将均匀地作用在其支撑表面上。5.动态静压力形成的条件：1）密封的容器；2）装有流动的不可压缩的介质；3）外力作用试图压缩介质。6. 血管壁内弹性纤维和胶原纤维的含量对动脉的力学性质有何影响？弹性纤维：无论滞后环还是应力松驰均甚微，接近于完全弹性体，弹性模量变较低。胶原纤维：有明显的滞后环和应力松驰，很小的应变就会引起很高的应力。当血管壁径向扩大增大时，刚性很快增加的原因：在应变不大时，大部分胶原纤维是松弛和卷曲的，所有应力由弹性纤维承受；当血管径向扩大使应变增大时，胶原纤维被拉直，它承受的应力增大。由于胶原纤维比弹性纤维弹性模量大的多，因此，血管壁刚性增强，以防止血管极度的膨胀。7. 红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因?在静止状况下，红细胞在血浆中聚集形成红细胞缗钱状聚集体，随切变率的升高，这种立体结构逐渐破坏；随着切变率的进一步升高，红细胞缗钱状聚集体逐渐解聚，血液的表观粘度随之降低；当切变率达到一定值时，红细胞缗钱状聚集体几乎分解成单个红细胞。因此红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因.8. 红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性的主要原因?在血液流动中，红细胞会在流体动力的作用下变形。在应力很小时，红细胞会被拉长；当应力进一步增大，红细胞就有明显变形，并随流线方向排列，致使血流阻力降低，全血粘度下降；当切变率增大到一定值时，红细胞变形和取向达到极限，不再随切变率变化，血液表观粘度趋于常数。9. 影响动脉血压的因素？心输出量：其大小直接影响动脉血压，心输出量多，血压升高，输出量少，血压下降。输出量的多少决定于每搏输出量和每分钟的心搏频率，如每搏输出量不变而心搏频率增加，则动脉血压明显上升，一般对舒张压影响较大，心输出量增加使舒张期缩短，舒张压也上升，脉搏压减小。如心搏率不变只是每搏输出量加多，则收缩压明显升高，舒张压稍有增加，因而脉搏压加大，收缩压主要反映每搏输出量的多少。 血管外周阻力：其改变对收缩压和舒张压都有影响，但对舒张压的影响更为明显。外周阻力减小使舒张压降低，脉搏压加大。外周阻力加大，动脉血压流速减慢，舒张期末动脉存血加多，使舒张压升高，脉搏压减小。可见舒张压的高低可以反映外周阻力的大小。高血压病患者由于动脉硬化会使外周血管阻力过高，从而导致动脉血压特别是舒张压的显著升高。 大动脉管壁的弹性：有缓冲动脉血压升高的作用，可以降低脉搏压，在健康成年人正常动脉血压的保持中起一定作用。老年人很多血管弹性纤维和平滑肌逐渐被胶原纤维所取代，血管壁的弹性大减，缓冲血压升高的作用相应减弱从而导致血压上