运动器系的生物力学.ppt

第二章  运动器系的生物力学? 重点： 1、 人体骨骼、软骨、关节、韧带和肌腱的生物力学特性及 其在运动中的表现； 2、 骨骼肌的生物力学基础及其在体育运动实践中的应用； 3、 运动器系整体活动的生物力学特征与规律。 难点： 材料力学基本概念。 一、载荷 （一）分类 静载荷 载荷 冲击载荷： 动载荷 交变载荷 静 载 荷：逐渐加于物体上的，由零渐增至一定值以后不再改变。 动 载 荷：物体在载荷的作用下，它的某些部分或各部分所引起的加速度相当显著。 冲击载荷：当某一物体同其他物体作用，使其速度在极短时间内有很大改变时所受的载荷。 交变载荷：随时间作周期性的改变并且多次重复地作用在物体上的载荷。 二、载荷的表现形式 1．拉伸载荷：自物体表面向外施加大小相等而方向相反的载荷。 2．压缩载荷：向内加于物体表面的大小相等而方向相反的载荷。 3．弯曲载荷：使物体沿其轴线发生弯曲的载荷。 4．剪切载荷：使物体受到一对相距很近，大小相等，方向相反 力的载荷。 5．扭转载荷：使物体沿轴线产生扭转的载荷。 6．复合载荷：物体同时受到多种载荷的作用。 二、应力 正应力（δ） 应力 剪应力（τ）  应 变 1．变形： 物体在受到外力作用时，其中任意两点间的距离和任意两直线或两平面间的夹角会发生变化，它们反映了物体的尺寸和几何形状的改变。 2．线应变： 单位长度内的线变形。（ε） 四、应力-—应变曲线 （一）弹性阶段：（A—B）卸载后变形能完全恢复，为弹性变形。 比例极限（σp）：规定与A点相对应的应力值。 刚度=EA (E：弹性模量或杨氏模量；A：构件横截面积) 弹性极限（σy）：与B点相对应的应力值，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。 屈服强度（σs）：屈服阶段的下极限（与C点对应的应力值）。 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。 δ5%）  （三）强化阶段（C—D）： 能力恢复。 强度极限（σb）： D点对应 的应力值。 （四）颈缩阶段（D—） 材料的塑性：试件断裂后的残余相对拉长的百分比。 塑性材料（δ5%） 材料的塑性 脆性材料（δ5%） 五、粘弹性 1．定义：如果有一种材料，其力学性质既具有弹性材料的力学性质，又有粘性材料的力学性质，那么这种性质就粘弹性。 2．特点 （1）当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力将随时间的增加而下降，这种现象称为应力松弛。 （2）若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象称为蠕变。 （3）对物体作周期性的加载和卸载，则加载应的应力—应变曲线不重合，称为种现象为滞后。 第二节 骨的生物力学特性 一、骨结构的生物力学特性 （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 2．物理化学属性的影响 （二）骨组织的力学特性 1．各向异性； 2．弹性和坚固性；骨组织中水占25-30%；无机物和 有机物占70-75%。 3．骨是人体理想的结构材料；强度大，重量轻。 4．耐冲击力和持续力差； 5．机械力对骨结构的影响； 美国学者拉希（Rasch）认为恒定的压应力会引起骨萎缩， 而间歇性的压力则促使骨的生长。 6．应力强度的方向性。 一、骨的力学特征 （一）骨密质的力学性质 1．应力—应变关系； 2．不同载荷作用下骨密质的特性 骨受冲击载荷的特点：一方面取决于冲击载荷具有 的能量大小，另一方面还取决于冲击载荷作用的时 间，冲击能力越大造成的骨损伤越厉害。