生物力学课程——力学基础_18.ppt

以上特性表现在固体、液体、气体上有差别 同样体积内分子数目 ，气体＜液体＜固体 同样分子间作用力，气体＜液体＜固体 气体分子运动有较大的自由程和随机性 液体较小 固体分子只能做微小的振动和转动 这些微观差异导致宏观现象为： 固体有一定体积和形状 液体有一定体积而无一定形状 气体即无一定体积也无一定形状 微观结构、宏观现象使得流体在 力学性能上表现出以下特点： 流体不能承受拉力，因而流体内部永远不存在抵抗拉伸变形的拉应力 流体在宏观平衡下不能承受剪切力，任何微小剪切力都会导致流体连续变形，平衡破坏，产生流动。 二.流体的粘性 不同速度的流体层之间互相滑动必然在层与层之间产生摩擦力或切应力，这种切应力作为流体的内力，总是相等、相反的成对出现，分别作用于紧邻两层的流体上。 流体运动时内部产生切应力的这种性质叫做流体的粘性。只有在流体层之间有相对滑移时粘性的作用才能显现出来。 三 牛顿粘滞定律和牛顿流体 1.牛顿粘滞定律 2.牛顿流体和非牛顿流体 四.不可压缩的牛顿流体在圆管中的流动 (二) 定常流和脉动流  (三) Stokes关系式  τ－ r (四) 泊松流动： (二)弯曲管的流动 1.在直管中作泊松流动的液体流经弯管处 2.进口处速度均匀的流体流经弯管处 （一）层流与湍流 层流：液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意流动。粘性力起主导作用，液体质点互不干扰。液体流动呈线性或层状，且平行于管道轴线。这种流动称为层流（滞流），又称粘性流动 。 湍流是流体的一种流动状态。 当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流； 逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流； 当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。　　 湍流特点： 壁面摩擦力大 速度抛面 定常流： 流场中各点的任意流体物理量（压力、流量、速度等）都不随时间变化。 脉动流： 流场中各点的任意流体物理量（压力、流量、速度等）随时间周期性的变化。 τ= r △P 2L 条件：层流、 定常 牛顿流体或 非牛顿流体 一般情况下，p 既不平行，也不垂直于截面。 ?A a a p 一个分量垂直于截面 正应力 一个分量平行于截面 剪应力 应力量钢 单位 帕斯卡 兆帕 1MPa=106Pa=1N/mm2 吉帕 1GPa=109Pa (二)应变 1.线应变 2.切应变 3.体应变 1.线应变 伸长△L 变形程度？ F F 2.切应变 F F 3.体应变 心脏、血管收缩、舒张时体积的变化 五.应力—应变关系 本构方程，可表征不同物体的力学性质。 即材料性质不同，其应力-应变关系不同。 如何得到？ 通过拉伸、压缩等实验获得。 A B C D E F P ?l O 低碳钢试件在拉伸时的力学性能 胡克定律：应力=弹性模量×应变 条件：材料在正比极限内 弹性模量E（刚度）：在正比内为一常数,是材料非常重要的力学参数，即抵抗负载变形能力的常数。 E大，刚度大，不易变形。 E小，刚度小，易变形。 对于线应变：σ=Eε 对于切应变：τ=Gγ 对于体应变：△P=-kθ 三种形式的胡克定律： 生物材料与工程材料的区别： 生物材料：1.有生命的材料 2.各向异性、非均匀的复合材料 生物材料应力-应变关系 骨 从材料应力-应变关系得到 哪些参数？ 六.杆件变形的基本形式 1.轴向拉伸与压缩 P P 拉伸 P P 压缩 P P 2.剪切 P P P P 受力特点：作用于构件两侧面上的横向外力。 大小相等，方向相反,作用线相距很近。 变形特点：构件两力之间的横截面产生相对的错动。 P P m m P P P P m m 3.扭转 m m 3.扭转 mA mB ?AB 扭转构件的受力特点：