生物力学的学习课件

生物力学的学习课件第1页/共43页一生物力学原理及基础1）生物力学原理：

生物力学（biomechanics）生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。

第2页/共43页2）生物力学基础：生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。第3页/共43页二生物力学名词解析1）应力：为单位面积上所承受的附加内力。公式记为其中，σ表示应力；ΔFj表示在j方向的力；ΔAi表示在i方向的受力面积。按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。第4页/共43页第5页/共43页

2）应变：用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处找到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。即应变是由载荷、温度、湿度等因素引起的物体局部的相对变形。主要有线应变和切应变两类。

第6页/共43页应力应变曲线图：第7页/共43页3）载荷：通常指施加于机械或结构上的外力；动力机械中通常指完成工作所需的功率；电机工程中则指电气装置或元件从电源所接受的功率。另外，有时也把某种能引起机械结构内力的非力学因素称为载荷。第8页/共43页线载荷图示：第9页/共43页

载荷可以从不同的角度进行分类：①根据大小、方向和作用点是否随时间变化可以分为静载荷和动载荷；其中静载荷包括不随时间变化的恒载（如自重）和加载变化缓慢以至可以略去惯性力作用的准静载（如锅炉压力）。第10页/共43页

动载荷包括短时间快速作用的冲击载荷（如空气锤）、随时间作周期性变化的周期载荷（如空气压缩机曲轴）和非周期变化的随机载荷（如汽车发动机曲轴）。②根据载荷分布情况可分为集中载荷和分布载荷，其中分布载荷又可分为体载荷、面载荷和线载荷3种。③根据载荷对杆件变形的作用可分为轴向拉伸或压缩载荷、弯曲载荷和扭转载荷等。

第11页/共43页4）扭力：使材料产生扭转变形时所施加的力，单位N·m。5）等张收缩力：等张收缩（isotoniccontraction），是骨骼肌中向心收缩的一种。等张收缩时，肌肉的收缩只是长度的缩短而张力保持不变，这是在肌肉收缩时所承受的负荷小于肌肉收缩力的情况下产生的，可使物体产生位移，因此可以做功。第12页/共43页等张收缩力做功：第13页/共43页6）蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。

第14页/共43页7）等张运动：等张运动（isotonicexercises):肌肉收缩时肌纤维缩短，即肌肉长度改变因而肢体活动。第15页/共43页等张运动示意图：第16页/共43页8）等长运动：（isometricexercises):肌肉收缩而肌纤维不缩短，即可增加肌肉的张力而不改变肌肉的长度。第17页/共43页等长收缩运动示意图：第18页/共43页9)等速运动：等速运动是只指速度的大小不变但方向可能随时发生变化的运动,如匀速圆周运动，虽然叫“匀速”但实际上是等速运动，它的速度大小虽然不变，但速度方向却时刻在变化。第19页/共43页等速运动示意图：第20页/共43页10）黏弹性：高分子材料分子运动单元的多重性使其力学响应同时表现出明显的弹性和黏性特征，即为黏弹性。第21页/共43页11）弹性模量（modulusofelasticity）:又称杨氏模量。是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质。是物体弹性t变形难易程度的表征。用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的力表示，单位为牛/米。模量的性质依赖于形变的性质。第22页/共43页12）骨强度（strength）:是骨组织对抗发生骨断裂的能力，是骨组织能承受的极限应力。当骨组织承受的应力略高于骨强度时，即发生骨折。30岁以后，男性和女性的骨强度均有不同程度的下降。绝经期的妇女，雌激素缺乏，骨的重建过程紊乱，骨强度明显减弱。第23页/共43页13）骨刚度（stiffness）：是骨对变形（strain）应力的抵抗能力。骨刚度依赖于骨的吸收和重建之间的平衡。骨的弯曲和变形与骨刚度有关。骨刚度可以通过定量超声（QUS）、面积骨密度（BMD）和微小骨单位分析（UFEA）及骨活检（骨形态计量学检查）等方法进行测算。第24页/共43页14）绝对肌力：绝对肌力是指肌肉作最大收缩时所产生的最大张力。15）肌肉生理横截面积：是指通过该肌肉全部肌纤维的横截面积。肌肉生理横截面垂直于梭状肌的纵轴，对于长肌来说它是一个平面；对于阔肌、羽状肌来说，它是一个曲面。第25页/共43页16）拉伸强度：(tensilestrength)是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。

拉伸强度的计算：

σt=p/(b×d)式中，σt为拉伸强度（MPa）；p为最大负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚度（mm）。第26页/共43页17）向心性收缩：肌肉收缩产生力量，如果阻力负荷低于肌肉所产生的肌力，肌肉发生收缩这种状况称之为向心性收缩。第27页/共43页向心性收缩示意图：第28页/共43页18）离心性收缩：若阻力负荷大于肌肉产生的力，肌肉将被拉长，这种状况称之为离心性收缩。

第29页/共43页19）肌肉张力：肌肉收缩时在骨杠杆上施加的力称为肌肉张力。在肌肉上承受的外力称为抗力或负荷。第30页/共43页

20）应力应变曲线（stress-straincurve）应力和应变是按下式计算的：应力（工程应力或名义应力）σ=P/A。，应变（工程应变或名义应变）ε=（L-L。）/L。

式中，P为载荷；A。为试样的原始截面积；L。为试样的原始标距长度；L为试样变形后的长度。这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线，它与载荷-变形曲线相似，只是坐标不同。

第31页/共43页第32页/共43页21)约束反力:是指作用于物体的力，其大小等于物体加在约束上的力，方向与之相反。约束反力的方向总是同阻碍物体运动的方向相反。22）极限应变：当应力大到物体构件破坏时的最大应力时，产生的应变就是该物件的极限应变。第33页/共43页约束反力示例：第34页/共43页第35页/共43页23)压应力：压应力就是指使物体有压缩趋势的应力。不仅仅物体受力引起压应力，任何产生压缩变形的情况都会有，包括物体膨胀后。第36页/共43页第37页/共43页24）剪切力：剪切力是指施加于相邻物体的表面,引起相反方向的进行性平行滑动力量.它作用于皮肤深层,引起组织相对移位,切断较大区域的血供,因此,剪切力比垂直方向的压力更具危害。第38页/共43页第39页/共43页25）塑性变形：（PlasticDeformation），塑性变形的定义是,物质-包括流体及固体在一定的