2物体的弹性.ppt

3.分子交联成定型的结构 此类生物材料具有较高的弹性模量（1~10MN·m-2）如胶原纤维、骨骼等。 所有组成人体器官的生物材料都是由上述三种聚合物和其他掺合物（无机盐、水、空气等）构成的复杂结构。除生物金属材料外大多数合成生物材料也是高分子聚合物，它们的力学性质介于弹性固体和黏性液体之间，即同时具有弹性固体的弹性和黏性液体的黏性，所以合成生物材料大多也是黏弹性材料。 二、生物材料的黏弹性 黏弹性材料的基本性质： 1．延迟弹性 黏弹性材料，其应变对应力的响应不是即时的，应变滞后于应力。如图(a)所示，黏弹性材料在恒定压力作用下，应变随时间逐渐增加，最后趋近于恒定值。 当外力去除后，应变只能逐渐减小到零，即应变总是落后于应力的变化，这种表现就是延迟弹性。其原因在于大分子链回缩过程中需克服内摩擦力。 当黏弹体发生形变时，若使黏弹体应变维持恒定，则应力随时间的增加而缓慢减小，如图（b ）所示，这种现象称为应力松弛，如血管和血液就具有此特性。其原因与生物材料的分子结构和黏性有关。 2.应力松弛 若黏弹体维持应力恒定，应变随时间增加而增大的现象称为蠕变，如图（c）。 生物材料的应变通常由弹性应变、延迟弹性应变、粘性应变叠加形成，后两种应变决定其蠕变性。如关节软骨就具有这种特点。 3.蠕变 如果对黏弹体周期性加载和卸载，则卸载时的应力-应变曲线同加载时的应力-应变曲线不重合，如图（d）所示，这种现象称为弹性滞后。 滞后现象的原因是大分子构型改变的速度跟不上应力变化，构型改变时有内摩擦力作用。血液、红细胞等存在滞后现象。 4.滞后 第二章 物体的弹性 第二章 物体的弹性 医学物理学 掌握描述物体弹性的基本概念：形变、应变、应力、模量。 理解应力与应变的关系 。 了解骨骼的力学特性和生物材料的黏弹性。 教学基本要求 物体形变 形变定义：物体在外力作用下发生形状和大小的改变。 形变类型：从弹性体的恢复情况划分有弹性形变、范性（塑性）形变。从形状变化情况划分有伸长、缩短、切变、扭转、弯曲等形变。伸长和缩短合称线变。线变和切变是弹性形变的两种基本类型，其他形变实际上是这两种形变的复合。 第一节 线应变与正应力 一、线应变 对一细长物体施加拉力F使之拉伸, 其伸长变化率称为线应变： 若物体被拉伸 ＞0, ε＞0； 若物体被压缩 ＜0, ε＜0。 （2-1） 1.内力 物体内部任一横截面两边材料之间存在的一种相互作用力。2.张力 垂直于任一截面的拉伸内力。 3.压力 垂直于任一截面的相互挤压的内力。 二、正应力 4. 正应力 如果是均匀物体，则张力F与横截面面积S之比，称为该横截面上的正应力，用σ表示: （2-2） 如果是物体受力不均匀或者内部材料不均匀的一般情况，可以取一个微小的面元，其面积为 dS，设这个面元上的张力为 dF ，则该面元上的正应力表示为 （2-3） 正应力分为张应力(σ＞0)与压应力(σ ＜0). 1.低碳钢正应力与线应变的关系 从图上可将拉伸分为弹性、屈服、硬化和颈缩四个阶段： 三、正应力与线应变的关系 ①弹性阶段 曲线中OA段，A点称为正比极限。B点的正应力叫做弹性极限。 ②屈服阶段 过了C点是屈服阶段 ，这一阶段的最大正应力为屈服强度。 ③硬化阶段 从D点开始是硬化阶段，只有加大正应力，才能使物体进一步伸长，此即材料的硬化；E点的正应力叫做强度极限； ④颈缩阶段 过了E点是颈缩阶段 ；F点称为断裂点。 拉伸时，断裂点的正应力称为材料的抗张强度。 压缩时，断裂点的正应力称为材料的抗压强度。 BF是材料的范性（塑性）范围。 如果F点距B点较远，则这种材料能产生较大的范性形变，表示它具有展性。 如果F点距B点较近，则这种材料能产生较小的范性形变，材料表现为脆性。 实验表明： 在正比极限内，正应力与线应变成正比，即 （2-4） Y称为杨氏模量。结合（2-1）和（2-2）式 （2-5） 即为胡克定律 其中 杨氏模量 Y 只与材料的性质有关，它反映材料抵抗线变的能力，其值越大物体越不容易变形。几种材料的杨氏模量见表 材料 低碳钢 铸铁 花岗岩 铅 骨/拉伸 骨/压缩 木材 腱 橡胶 血管 杨氏模量Y 109N·m-2 196 78 50 17 16 9 10 0.02 0.001 0.0002 2.骨作为一种弹性材料，在正比极限范围之内，它的正应力和线应变成