运动器系的生物力学医学幻灯片

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1、2021/6/211运动器系的生物力学特性本章主要内容1、人体骨、关节软骨、韧带、肌腱、关节及骨骼肌的生物力学特性；2、运动器系整体的生物力学特性及在运动中骨、关节、肌肉的相互作用规律；3、人体运动动作结构与动作系统的构成与特点。第一节材料力学基础人体在日常生活和体育运动中时刻受到外力的作用，在外力在以下材料具有哪些重要的性质？载荷人体在日常生活和体育运动中时刻受到外力的作用，包括载荷和约束力，载荷就是人体所受外力的一种载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷。载荷的几种形式应变是变形量与原来尺寸的比值载荷下人体发生相应的应变应变是量度物体形变程度的量，

2、分为线应变和剪应变。应力物体在受到外力作用而变形时，其内部各质点间的相互作用力发生变化。这种由于外力作用而引起的固体内各质点之间相互作用力的改变量，简称为内力。单位面积上的内力称为平均应力，当面积趋近于0时平均应力的极限称为应力。应力分为垂直于截面的法向分力和沿着截面方向的切向分力。应力应变曲线应力-应变曲线是描述材料力学性质的曲线。它反映了材料在加载过程中受力和变形之间的关系。为了确定一种材料的力学性能，通常将该材料制作成一定的形状—称为“试件”，将此“试件”在专门的仪器上施加载荷，直至破坏。在加载过程中连续记录载荷和应变，绘制成曲线，纵坐标代表应力（载荷），横

3、坐标代表应变（变形），这就是应力-应变曲线。应力-应变曲线模式图应力—应变曲线阶段划分（一）弹性阶段：（A—B）卸载后变形能完全恢复，为弹性变形。应力超过弹性极限后，若除去外力，将留有残余变形。（二）屈服阶段：（B—C）：曲线的坡度逐渐减小，即材料对于变形的抵抗力逐渐减弱。材料的屈服：变形继续增长而应力并不增加残余变形（塑性变形）：如果材料达到屈服，卸载之后就不再回复到原状。强度结构破坏前所能承受的变形；结构破坏前所能承受的载荷；结构在破坏前所能贮存的能量；在应力应变曲线上用极限断裂点来表示由载荷和变形所表达的强度；整个曲线下方的面积表示由贮存能量所表达的强度；刚

4、度弹性范围内曲线的斜率表示结构的刚度。粘弹性材料的三个特点：若应变保持一定，则应力随着时间的增加而下降，称为应力松弛。若应力保持一定，应变随着时间的增加而增大，称为蠕变。对物体作周期性加载和卸载，加载和卸载时的应力-应变曲线不重合，称为滞后。粘弹性材料的应力应变与时间关系曲线2021/6/2113第二节骨的生物力学特性骨骼系统的作用是保护内脏器官，支持人体，为骨骼肌提供附着部位，以利于肌肉工作和人体运动。一、骨组织的生物力学特性（一）骨形态结构和物理化学属性对力学特性的影响1、骨形态结构的影响（1）骨分类：分为长、短、扁和不规则4种类型。（2）骨分布：骨的分布和力

5、学功能是相适应的长骨分布于四肢，在肌肉的牵拉下，能产生运动。短骨多是立方形，分布于负重压而运动复杂的部位，如腕骨和跗骨。扁骨呈板状。若干扁骨围成空腔，有保护作用，如颅骨围成颅腔，容纳和保护脑。不规则骨形状不规则，如椎骨等。2021/6/21152、物理化学属性的影响（1）骨具有两种最基本的物理属性。即硬度和弹性。骨之所以能具有一定的硬度和一定的弹性，取决于骨的化学成分。成人枯骨由含有1／3的有机物(胶原纤维)和2／3的无机物(主要是钙和磷等)组成。（2）有机物使骨具有弹性无机物则使骨坚硬而脆，它能提高骨的强度。骨内的有机物和无机物的比例，随着年龄和生活条件而异，年

6、龄越小，骨内有机物相对较多，因此小儿骨的弹性较大，较易发生变形。老年入骨无机物相对增多而变得脆弱，较易发生骨折。2021/6/2116(二)骨组织的力学特性1．各向异性骨的结构为中间多孔介质的夹层结构材料。2．弹性和坚固性骨组织中大约有25％～30％是水，其余70％，75％是无机物和有机物。有机成分组成网状结构，使骨具有弹性。无机成分填充在有机物的网状结构中，使骨具有坚固性，能承受各种形式的应力。2021/6/2117物理性能钢骨花岗石洋松密度／g.cm-27.81.87～1.972.60.63沿纵轴的最高张力强度／N.cm-241571.69114～117604

7、90632.1沿纵轴的最高压力强度／N.cm-24155211858～20580132304155.2垂直纵轴的切变强度／N.cm-234398116621381.81038.8平行纵轴的切变强度／N.cm-2—4949——3．骨是人体理想的结构材料表2-1人胫骨与其他材料比较2021/6/21184.耐冲击力和持续力差不同载荷作用时，若在骨中所引起的张力分布一样，但效果不一样，两者相等时，冲击力在骨中引起的变化较大，也就是说，骨对冲击力的抵抗比较小。另一方面，骨的耐持续性能比较差，同其他材料相比，抗疲劳性能亦差。5．机械力对骨结构的影响在骨承受载荷的限度内，成人

8、骨对机械力