生物力学省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

骨科生物力学名词介绍第1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力学问题定量研究生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官(包含血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液输运等。

第2页2）生物力学基础：生物力学基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性本构方程。生物力学研究重点是与生理学、医学相关力学问题。依研究对象不一样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页二生物力学名词解析1）应力：为单位面积上所承受附加内力。公式记为其中，σ表示应力；ΔFj表示在j方向力；ΔAi表示在i方向受力面积。按照载荷（Load）作用形式不一样，应力又能够分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。第4页第5页

2）应变：用以描述一点处变形程度力学量是该点应变。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改变。即应变是由载荷、温度、湿度等原因引发物体局部相对变形。主要有线应变和切应变两类。

第6页应力应变曲线图：第7页3）载荷：通常指施加于机械或结构上外力；动力机械中通常指完成工作所需功率；电机工程中则指电气装置或元件从电源所接收功率。另外，有时也把某种能引发机械结构内力非力学原因称为载荷。第8页线载荷图示：第9页

载荷能够从不一样角度进行分类：①依据大小、方向和作用点是否随时间改变能够分为静载荷和动载荷；其中静载荷包含不随时间改变恒载（如自重）和加载改变迟缓以至能够略去惯性力作用准静载（如锅炉压力）。第10页

动载荷包含短时间快速作用冲击载荷（如空气锤）、随时间作周期性改变周期载荷（如空气压缩机曲轴）和非周期改变随机载荷（如汽车发动机曲轴）。②依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依据载荷对杆件变形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4）扭力：使材料产生扭转变形时所施加力，单位N·m。5）等张收缩力：等张收缩（isotoniccontraction），是骨骼肌中向心收缩一个。等张收缩时，肌肉收缩只是长度缩短而张力保持不变，这是在肌肉收缩时所承受负荷小于肌肉收缩力情况下产生，可使物体产生位移，所以能够做功。第12页等张收缩力做功：第13页6）蠕变：固体材料在保持应力不变条件下，应变随时间延长而增加现象。它与塑性变形不一样，塑性变形通常在应力超出弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力作用时间相当长，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页等张运动示意图：第16页8）等长运动：（isometricexercises):肌肉收缩而肌纤维不缩短，即可增加肌肉张力而不改变肌肉长度。第17页等长收缩运动示意图：第18页9)等速运动：等速运动是只指速度大小不变但方向可能随时发生改变运动,如匀速圆周运动，即使叫“匀速”但实际上是等速运动，它速度大小即使不变，但速度方向却时刻在改变。第19页等速运动示意图：第20页10）黏弹性：高分子材料分子运动单元多重性使其力学响应同时表现出显著弹性和黏性特征，即为黏弹性。第21页11）弹性模量（modulusofelasticity）:又称杨氏模量。是弹性材料一个最主要、最具特征力学性质。是物体弹性t变形难易程度表征。用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与对应应变之比。E以单位面积上承受力表示，单位为牛/米。模量性质依赖于形变性质。第22页12）骨强度（strength）:是骨组织反抗发生骨断裂能力，是骨组织能承受极限应力。当骨组织承受应力略高于骨强度时，即发生骨折。30岁以后，男性和女性骨强度都有不一样程度下降。绝经期妇女，雌激素缺乏，骨重建过程紊乱，骨强度显著减弱。第23页13）骨刚度（stiffness）：是骨对变形（strain）应力抵抗能力。骨刚度依赖于骨吸收和重建之间平衡。骨弯曲和变形与骨刚度相关。骨刚度能够经过定量超声（QUS）、面积骨密度（BMD）和微小骨单位分析（UFEA）及骨活检（骨形态计量学检验）等方法进行测算。第24页14）绝对肌力：绝对肌力是指肌肉作最大收缩时所产生最大张力。15）肌肉生理横截面积：是指经过该肌肉全部肌纤维横截面积。肌肉生理横截面垂直于梭状肌纵轴，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16）拉伸强度：(tensilestrength)是指材料产生最大均匀塑性变形应力。

拉伸强度计算：

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17）向心性收缩：肌肉收缩产生力量，假如阻力负荷低于肌肉所产生肌力，肌肉发生收缩这种情况称之为向心性收缩。第27页向心性收缩示意图：第28页18）离心性收缩：若阻力负荷大于肌肉产生力，肌肉将被拉长，这种情况称之为离心性收缩。

第29页19）肌肉张力：肌肉收缩时在骨杠杆上施加力称为肌肉张力。在肌肉上承受外力称为抗力或负荷。第30页

20）应力应变曲线（stress-straincurve）应力和应变是按下式计算：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。为试样原始截面积；L。为试样原始标距长度；L为试样变形后长度。这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线，它与载荷-变形曲线相同，只是坐标不一样。

第31页第32页21)约束反力:是指作用于物体力，其大小等于物体加在约束上力，方向与之相反。约束反力方向总是同妨碍物体运动方向相反。22）极限应变：当应力大到物体构件破坏时最大应力时，产生应变就是该物件极限应变。第33页约束反力示例：第34页第35页23)压应力：压应力就是指使物体有压缩趋势应力。不但仅物体受力引发压应力，任何产生压缩变形情况都会有，包含物体膨胀后。第36页第37页24）剪切力：剪切力是指施加于相邻物体表面,引发相反方向进行性平行滑动力量.它作用于皮肤深层,引发组织相对移位,切断较大区域血供,所以,剪切力比垂直方向压力更具危害。第38页第39页25）塑性变形：（Plastic