生物力学-21167485
生物力学概论学习
运动训练生物力学学习笔记学校：:广州体育学院研究生部专业：:运动训练学号：:105852011400049姓名：:张江龙第一章生物力学概论一．生物力学的定义生物力学是研究生物系统机械运动特点及规律的科学。
它既包括从宏观的角度对生物体整体和器官，组织的运动以及机械特征的研究，又包括从宏观和微观的角度对不同层次的生物组织结构内部的运动和变化进行研究。
生物力学是一门力学与生物学科相互结合相互渗透的边缘学科。
1.运动生物力学运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动特点及规律的科学2.运动训练生物力学它利用力学原理和各种科学方法，对体育运动中人体的运动行为作定量的描述和分析，并结合运动解刨学和运动生理学的生物原理对运动进行综合评定，从力学和生物学的相关关系中得出人体运动的内在联系和基本规律，从而确定不同运动项目运动行为的不同特点运动生物力学密切关注并研究体育运动对人体的有关器官的结构及机能的反作用，最终以指导运动训练为宗旨3.运动生物力学研究的目的主要是探索不同运动项目的力学原理与规律，为科学训练提供必要的理论依据及方法，以提高竞技体育成绩和增强人类体质。
二．人体机械运动的特点1.人体运动2.人体的机械运动人体的机械运动是在意识的支配下所完成的带有明确目的和一定意义的一系列动作行为。
因此人体的机械运动可以说是人体高级运动形成的一种外在表现。
人体的机械运动是在外部作用力和内部肌肉张力的作用下产生的。
所以要想揭示人体机械运动的规律，不仅要研究力学的因素，而且还必须探讨其生物学方面的因素。
需要强调的是：对于分析一般的机械系统的运动，无须对引起该系统的运动发生变化的原动力来源加以仔细研究，提供符合要求的动力装置并非是力学研究者所要研究的对象。
然而，使人体运动发生变化的原动力-------肌肉张力确是生物力学研究者必须关注的一个问题。
肌肉力学是研究人体机械运动规律的基础。
物体系统作为整体相对于周围参照物体的位移运动机械运动的表现形式.系统本身发生的变化注意：人体在运动过程中既受自身生物学和生物力学因素的制约，又受到外部力学因素和运动规则的制约。
生物力学：力学基础知识
• 刚体：在力作用下，其内部任意两质点的距离保持 不变。即力作用下，物体的形状、大小保持不变。
三. 约束和约束力
能在空间作任意运动的物体称为自由体. 但实际上物体在空间上的运动往往受到限制----非自由体.
约束：对非自由体的位移起限制作用的物体. 约束力：约束对非自由体的作用力．
弯曲的概念和实例 -- 土木工程事故
2000.10.25 南京电视台 工地顶上的脚手架发生弯曲变形， 导致几十名工人随同脚手架蹋了 下来 ….
弯曲的概念和实例 -- 唐山地震
弯曲的概念和实例 -- 体育
男子射箭 悉尼奥运会
受弯杆件的简化 -- 悬臂梁
弯曲的外力
所有的外力垂直于轴 所有的外力作用于纵向对称面内
所有纵向线变成曲线，靠近上部的缩短， 下部伸长。
几何关系的推导
设想梁是由无数根纵向纤维组成的，梁在正 弯矩作用下，靠近顶面纤维缩短，靠近底面的纤 维伸长，由于连续性假设知，从顶部到底部纵向 纤维，由缩短到伸长是连续变化的。所以，其间 必有一层纤维既不伸长，也不缩短。称为中性层。 中性层与横截面的交线称为中性轴。
m P
P m
P
m
m
P
33..扭扭转
m
m
mA
mB
AB
扭转构件的受力特点：
杆件（轴）在横截面内受到外力偶的作用— —扭转外力偶。
扭转构件的变形特点：
各横截面绕轴线作相对的转动，其任意两个横截面 会因为相对转动而产生相对的角位移，称为相对扭转角。
扭转变形杆件（轴）横截面上的内力
研究AB轴各横截面上的内力
mn
Q
Q
mn
力学生物学
力学生物学研究手段 应力加载 stress application
Cell model： Stretch Shear stress（flow chamber） Pressure
可以活细胞动态观察 可以显示靶蛋白在亚细胞水平的定位 一定程度上可以显示靶蛋白表达量多少
其荧光强弱与每个细胞的新陈代谢状态有关 不能检测靶蛋白的活性
FRET
fluorescence resonance energy transfer 荧光共振能量转移技术
原理： CFP的发射光谱与 YFP的吸收光谱 有相当的重叠 ，当它们足够接近时，用 CFP的吸收波长激发， CFP的发色基团将 会把能量高效率地共振转移至 YFP的发色 基团上，所以 CFP的发射荧光将减弱或消 失，主要发射将是YFP的荧光。 两个发色基团之间的能量转换效率与它们 之间的空间距离的 6 次方成反比，对空间 位置的改变非常灵敏。
血管重建 remodeling 细胞迁移、肥大、增殖、凋亡、 细胞表型、形态结构与功能的变化
血管重建 ( vascular remodeling ) 是指机体 在生长、发育、衰老和疾病等过程中，血管为适应体 内外环境的变化而发生的形态结构和功能的改变。
力学生物学研究手段 Research methods 应力加载(stress application)
FX-4000T Flexercell Strain Unit
磁场+磁珠
Na, S. & Wang, N. 2008 Application of fluorescence resonance energy transfer and magnetic twisting cytometry to quantify mechanochemical signaling activities in a living cell. Sci. Signal. 1, p.l1.
生物力学——精选推荐
1.什么是生物医学工程学？它有什么特点？学科范围有那些？生物医学工程（Biomedical Engineering, BME）是运用自然科学和工程技术的原理和方法，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，并从工程角度解决防病治病问题的一门综合性高技术学科。
生物医学工程是理、工、医相结合的新兴边缘学科，是多种工程学科向生物学、医学渗透并相互作用的结果。
2.什么是生物力学？它的研究对象、目的和意义？“生物力学”是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支。
生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。
目的和意义：用力学方法和原理解决生物医学问题。
生物力学的研究，加深了对血液流变特性与疾病的关系，骨力学特性与骨折的愈合关系，血液流动规律与心血管疾病的关系等的理解。
应用生物力学的研究成果，指导人工关节、人工心脏瓣膜等人工器官的设计。
3.生物力学的研究方法（步骤）是什么？它与一般工程科学的研究方法有何异同？研究方法：进行生物力学的研究首先要了解生物材料的几何特点，进而测定组织或材料的力学性质，确定本构方程、导出主要微分方程和积分方程、确定边界条件并求解。
对于上述边界问题的解，需用生理实验去验证。
若有必要，还需另立数学模型求解，以期理论与实验相一致。
研究步骤：—：首先要考虑生物的形态、器官以及组织的解剖绪构和微结构，充分认识研究对象的几何特征，建立合理的物理模型；二：测定组织或材料的力学性质，即确定本构力程。
对活组织的测量，困难是很大的。
通常的做法是对所研究的材料通过分析先给出其本构关系的某种数学表达式，在此数学表达式中保留若干待定常数，这些常数可以通过在体或离体实验来确定；三：根据物理学中的基本原则(质量守恒、动员守恒、能量守恒和等等)和生物组织的本构方程，导出描述所研究对象的微分方程或积分方程。
四：根据器官的工作环境，得到有意义的边界条件；五：运用解析方法或数值计算求解问题：六：进行生理实验，以验证上述问题的解的合理性，必要时对原模型加以修正乃至重新建立方程或边界条件进行求解，以期使理论与实验一致；七：探讨理论与实验结果在实际中的应用。
生物力学复习资料-广中医.doc
生物力学的分类按传统力学的分类方法分为生物固体力学、生物流体力学、生物运动力学。
从医学应用角度和理论研究的科学分类分为组织与器官力学、血流动力学、生物热力学。
生物力学的发展特点1.内涵扩大2.冇机融合性3.微观深入4.宏观-微观相结合5.多学科交叉应力作用在物体某截面的单位面积上的内力。
当物体受拉力作用时是张应力，当物体受圧力作用时是压应力。
应变物体在正应力的作用下单位长度的改变量。
物体受张应力的作用而伸长，为张应变；物体受压应力的作用而缩短，为压应变。
弹性模量在材料弹性极限范围内，材料的应变和应力是正比关系,这一规律称为胡克定律。
弹性模虽为该比例系数。
黏弹性材料的特性1•蠕变现象：材料在恒定应力的作用下，开始有一迅速的较大的应变，随后有一缓慢的逐渐增加的应变过程，立到具有恒定应变量的平衡状态；2.应力松弛现象：材料在产生恒定应变时，黏弹性材料最初产生的高应力开始会随着时间快速减小，随后随时间缓慢减小直至达到恒定值；3.滞后现彖：材料加卸载的应力应变关系曲线不重合。
刚度：抵抗变形的能力。
强度：抵抗破坏的能力。
韧性：材料在外力作用下发生断裂前所能达到的最人变形程度。
稳定性：构件承受载荷作用吋在其原有形状下保持为稳定的平衡的能力。
Wolff定律/骨变化定律：骨功能的每一改变，都按照数学法则，以某一定的方式改变共内部结构和外部形态，即骨的外部形态和内部结构反映了其功能。
骨的功能适应性表现为黏弹性、各向异性、壳形（管形）结构、均匀强度分布。
骨力学性能的影响因素1.骨的成分因素：孔隙率、矿化、密度2.骨的结构因素：骨小梁结构、皮质骨结构、胶原纤维定向排列、疲劳3.运动负荷4.年龄和衰老骨痂形成和修复包括炎症、软骨痂、硬骨痂和塑形期4期张力带原则要满足以下3个条件：1•骨和骨折能够承受压力；2.固定器械能够承受张力；3.张力带对侧（即压力侧）必须冇完整的骨皮质支撑。
应力遮挡：骨折运用固定器械固定之后，这两种或两种以上貝有不同弹性模量的材料（骨和固定系统之间）就随之组成一个机械系统, 由于固定材料的弹性模量较高（其中不锈钢的弹性模量为骨骼的12倍，钛合金为6倍），加载后则会出现弹性模量较大的固定材料承担更多的负荷來保护另一个具冇较低弹性模量的材料，从而使后者所承担的载荷减少。
生物力学
研究生物心血管系统 消化呼吸系统 泌尿 系统 内分泌以及游泳 飞行等与水动力学 空 气动力学 边界层理论和流变学由关的力学问题 。
新技术
微/纳米尺度的生物力学测试技术
新方法
系统生物力学方法
新特点
内涵扩大【生物医学工程 生物工程】 有机融合【生命科学与基础和工程科学】 微观深入【细胞-亚细胞-分子层次；定量生物学】 宏观-微观相结合【组织工程 器官力学 信息整合与系统生物学】
新概念
仿生力学 仿生力学在人类历史上至今天，都一直给人类
以启发。鸟类 昆虫的飞翔一直来都是驱动人类航 空的直观动力，而鱼类的用水动则为新型水下运输 工具设计提供新的思路。研究扑翼飞行和鱼类泳动 力学的原理，鸟类和昆虫扑翼运动的力 能转换机 理都具有科学意义和应用价值。
肝胆流变学
作为我国为数不多 具有原创性的研究领 域，起研究成果在上世纪80年代在国际生物力 学界具有一定影响。
在实践中，运动生物力学主要用于确 定各专项体育运动的技术原理，作为 运动会的技术诊断和改进训练方法的 理论依据。此外，运动生物力学在运 动创伤的防治，运动和康复器械的改 进，仿生机械如步行机器人的设计等 方面也有重要作用。同时还为运动员 选材提供了依据。
肌肉骨骼系统 基础生物力学
内容简介：
《肌肉骨骼系统基础生物力学》(第3版) 分三篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的 组织结构、关节力学及临床应用，包括对 肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能 评定、创伤的力学机制、临床力学结构重 建等相关的最新研究信息。
应用
人体各器官、系统，特别是 心脏—循环系统和肺脏—呼吸 系统的动力学问题、生物系统 和环境之间的热力学平衡问题、 特异功能问题等也是当前研究 的热点。生物力学的研究，不 仅涉及医学、体育运动方面， 而且已深入交通安全、宇航、 军事科学的有关方面。
关于第二章生物力学概论
第二章生物力学概论1.生物力学:生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支，是研究力与生物体运动、生理、病理、之间关系。
2.生物力学的意义：1.用力学方法和原理解决生物医学问题2.生物力学的研究，加深了对血液流变特性与疾病等关系的理解。
应用生物力学的研究成果，指导人工器官的设计。
3.生物力学的研究范围：生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官、从鸟飞到植物体液的运输等。
目前热点正逐渐向细胞、分子层次发展。
4.生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。
5.生物力学的重点是研究与生理学、医学有关的力学问题6.研究步骤：1.建立合理的物理模型2.确定本构方程3.导出描述所研究对象的微分方程或积分方程4.根据器官的工作环境，得到有意义的边界条件，运用解析方法或数值计算求解问题5.修正乃至重新建立方程进行求解6探索理论与实验结果在实际中的运用。
7.生物力学的研究特点：生物力学研究的对象是生物体作为实验对象的生物材料，有在体和离体（在体分为麻醉状态和非麻醉状态）8.生物力学和生物医学工程学的关系：生物力学是生物医学工程学的理论基础，也是应用技术的基础。
9.生物力学的趋势：生物力学的趋势朝着系统和微观两方面发展。
10.生物力学的研究内容：目前的研究领域包括骨组织的结构与受力分析、血液在血管及毛细血管网络中的流动规律、心脏的瓣膜运动、生物材料的制备、细胞乃至分子层次的生物力学问题等。
生物材料力学生物流体力学生物固体力学运动生物力学生物热力学11.生物力学与其他力学最重要的差别是：去研究的对象是生物体。
12.骨膜：紧贴在除关节面以外的骨表面的一侧致密纤维结缔组织膜，很坚韧，分内外两层，含有丰富的血管和神经。
13.骨的力学性质：具有很高的抗拉、压性能有一定的硬度从骨的结构而言，经过生物优化过程，具有最优材料的力学性能，既优化为最大的强度，最省的材料，最轻的重量。
生物力学 课题组
生物力学课题组是一个专门从事生物力学相关研究的学术团队。
生物力学是一门应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的科学，研究领域涵盖生物整体到系统、器官（如血液、体液、脏器、骨骼等），以及生物体的运动规律和生命介质的结构-功能关系。
生物力学课题组通常会进行以下几方面的工作：
1. 研究生物体的运动规律：这包括对动物的运动、鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动等进行研究，以理解它们是如何在不同的力学环境中运动的。
2. 研究生物材料的力学性质：如研究骨骼、肌肉、血液等生物材料的强度、弹性等物理特性。
3. 生物流体力学：研究生物体内的液体流动，如血液在血管中的流动、体液的循环等。
4. 生物固体力学：研究生物体中固体部分的力学行为，如骨骼的强度和脆性等。
5. 康复工程与生物力学：应用生物力学的原理来研究和开发康复工程相关的技术和设备，帮助人们恢复或增强身体功能。
6. 运动生物力学：研究人体在运动中的力学行为，包括技术动作的分析、运动员的训练方法等。
生物力学课题组通常会有多个研究方向，涵盖了从基础研究到应用研究的多个层面。
他们可能会在各种期刊上发表论文，参与科研项目，提供咨询意见，以及培养研究生等。
高中生物力学重点知识点
高中生物力学重点知识点高中生物力学是高中生物课程中的一个重要分支，它主要研究生物体的结构和功能以及它们是如何通过力学原理来实现的。
以下是一些高中生物力学的重点知识点：1. 细胞结构与功能：- 细胞是生物体的基本单位，具有细胞膜、细胞质和细胞核等结构。
- 细胞膜具有选择性通透性，能够控制物质的进出。
- 细胞器如线粒体、内质网、高尔基体等，各自承担不同的功能。
2. 细胞的分裂与增殖：- 细胞分裂包括有丝分裂和无丝分裂，是生物体生长和繁殖的基本方式。
- 有丝分裂过程中，染色体复制并平均分配到两个新细胞中。
3. 肌肉的收缩机制：- 肌肉收缩是生物力学中的重要现象，涉及到肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用。
- 肌肉收缩的能量来源于ATP，通过肌肉纤维的滑动实现。
4. 骨骼的结构与功能：- 骨骼是生物体的支架，由骨组织构成，具有支撑和保护内部器官的功能。
- 骨骼的力学特性包括弹性、硬度和韧性。
5. 关节的类型与功能：- 关节是骨骼之间的连接点，允许骨骼在一定范围内活动。
- 关节的类型包括铰链关节、球窝关节等，每种关节都有其特定的运动范围。
6. 生物力学在运动中的应用：- 运动中的力学原理，如力的平衡、杠杆原理等，对运动员的运动表现有重要影响。
- 通过力学分析，可以优化运动技巧，提高运动效率。
7. 生物材料的力学特性：- 生物材料如皮肤、韧带、肌腱等，具有特定的力学特性，如弹性模量、屈服强度等。
- 这些特性决定了生物材料在生物体中的功能和适应性。
8. 生物力学在医学中的应用：- 生物力学原理在诊断和治疗中发挥着重要作用，如通过力学测试评估骨折的愈合情况。
- 假肢和矫形器的设计也需要考虑生物力学原理，以确保与人体运动协调。
9. 生物力学与进化：- 生物力学特性是生物进化的结果，适应了生物体在特定环境中的生存和运动需求。
- 进化过程中，生物体的力学特性可能会发生变化，以适应新的环境或生活方式。
10. 生物力学的实验方法：- 包括力学测试、影像学技术、计算机模拟等，用于研究生物体的力学特性和运动机制。
生物力学概论---副本
节运动等
2021/3/11
17
在运动生物力学的研究中，首先要建立人体力 学模型，通常把人设想为由有限个以球铰联结的 链系统。因为人体各相邻分体之间存在肌肉作用 力，所以人体力学模型应是包含肌肉动力系统的 特殊刚体系。人与动物的骨骼和肌肉的受力状态， 如手提重物时手臂骨骼与二头肌的受力，脊柱与 脊柱肌的受力等可用静力学方程求解。
生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三 定律，并加上描写物性的本构方程。
生物力学重点是研究与生理学、医学有关的力学问题。 目前热点正逐渐向细胞、分子层次发展 。
2021/3/11
8
1.1.2 生物力学的意义
用力学方法和原理解决生物医学问题 生物力学的研究，加深了对血液流变特性与疾病
人体工程生物力学的主要研究内容是：针对各种工作环境和
条件，研究如何预防人体慢性损伤，避免劳动职业病以及如何提
高劳动生产率，减轻劳动疲劳度，以达到人们在生产劳动中安全、
高效率且舒适的目的。人体工程生物力学是一门新兴学科，目前
各项研究才刚刚开始。随着人类追求舒适、安全、高效率地参加
生产劳动的愿望，这门学科将得到快速发展。
研究步骤
一． 首先要考虑生物的形态、器官以及组织的解剖绪构和微结构， 充分认识研究对象的几何特征，建立合理的物理模型；
二． 测定组织或材料的力学性质，即确定本构力程。对活组织的测 量，困难是很大的。通常的做法是对所研究的材料通过分析先 给出其本构关系的某种数学表达式，在此数学表达式中保留若 干待定常数，这些常数可以通过在体或离体实验来确定；
2021/3/11
15
运动生物力学基本理论完整
运动生物力学基本理论完整运动生物力学的基本理论概述运动生物力学biomechanics应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。
狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律。
按照力学观点，人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。
神经系统控制肌肉系统，产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作。
运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律，它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制，后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴（生物固体力学）。
在运动生物力学中，神经系统的控制和反馈过程以简明的控制规律代替，肌肉活动简化为受控的力矩发生器，作为研究对象的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的影响，简化为由多个刚性环节组成的多刚体系统。
相邻环节之间以关节相连接，在受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转动，并影响系统的整体运动。
对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达·芬奇在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和机能的解释。
18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论研究。
运动生物力学作为一门学科是20世纪60年代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的推动下形成的。
70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统作为研究对象，利用复杂的数学模型进行数值计算，以解释最基本的实验现象。
T.R.凯恩将描述人体运动的坐标区分为内变量和外变量，前者描述肢体的相对运动，为可控变量；后者描述人体的整体运动，由动力学方程确定。
这种简化的研究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动的仿真和理论分析。
由于生物体存在个体之间的差异性，实验研究在运动生物力学中占有特殊重要地位。
实验运动生物力学利用高速摄影和计算机解析、光电计时器、加速度计、关节角变化、肌电仪和测力台等工具量测人体运动过程中各环节的运动学参数以及外力和内力的变化规律。
在实践中，运动生物力学主要用于确定各专项体育运动的技术原理，作为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。
生物力学
环境对生理的影响也是生物力学的一个研究内容。
特点
生物力学与其他力学分支最重要的差别是：研究的对象是生物体。因此，在研究生物力学问题时，实验对象 所处的环境十分重要。作为实验对象，一般有在体(in vivo)和离体(in vitro)之分，而实验的结果也相应地出 现差异。活体状态的生物材料，即自然状态下的生物材料，一般说来是处于受力状态的。但被游离出来以后，处 于所谓自由状态，就不同于在体状态了。例如血管一离体，长度会明显缩短，肺在离体后就会萎缩。在体实验分 为麻醉状态和非麻醉状态两种情况。至于离体实验，在对象游离出来后，根据要求可以按整体正位进行实验，或 进一步加工成试件进行实验。不同的实验条件和加工条件，对实验结果的影响很大。这正是生物力学研究的特点。
利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关 的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标 准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。
20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、 断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与 骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的 无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。
说明
力学
参考书目
冯元桢著：《生物力学》，科学出版社，北京，1983。
生物医学工程学的基础理论——生物力学
国内（70年代）：
康振黄（四川大学），陶祖莱（中科院），吴云鹏（重庆大学）， 王君健（华中工学院），杨桂通（太原理工），柳兆荣（复旦大 学），席葆树（清华大学），吴望一（北京大学）。。。。。。
冯元桢（Yuan-Cheng B.Feng)
美国国家工程院院士(1979)， 美国国家医学研究院院士(1991)， 美国国家科学院院士(1992)， 台湾“中央研究院”院士(1966)。 曾获国际微循环学会最高奖Landis奖、国际生物流变学会最高奖 Poiseuille奖、美国机械工程师学会“百年大奖”(1981)、美国国 家工程院“创始人奖”（1998）等。 1966年以前,主要从事航空工程和连续介质力学方面的研究并取 得卓著成果，其第一部专著《空气弹性力学》已成为气动－弹性 力学领域的经典著作。 1966年以后致力于生物力学的开拓，是举世公认的生物力学的开 创者和奠基人。
生物力学(Biomechanics)与生物医学工程的关系就像力学与 其他自然科学的关系一样，它是生物医学工程学的理论基础，它 也是生物医学工程应用技术的基础。对于一个器官，生物力学则 帮助我们了解其正常的功能，预示其变化可能导致的影响以及指 出人为改进的方法及可能性。正是由于生物力学的发展，对许多 医学及生理学上知其然而不知其所以然的现象有了较深刻的认识。 因而它已成为诊断学、外科学、修复术等等的基础之一。
3. 根据物理学中的基本原则(质量守恒、动员守恒、 能量守恒和等等)和生物组织的本构方程，导出描 述所研究对象的微分方程或积分方程；
4. 根据器官的工作环境，得到有意义的边界条件， 运用解析方法或数值计算求解问题：
5. 进行生理实验，以验证上述问题的解的合理性， 必要时对原模型加以修正乃至重新建立方程或边 界条件进行求解，以期使理论与实验一致； 6. 探讨理论与实验结果在实际中的应用。
生物力学
21) 约束反力:是指作用于物体的 力，其大小等于物体加在约束上 的力，方向与之相反。约束反力 的方向总是同阻碍物体运动的方 向相反。 22）极限应变：当应力大到物体 构件破坏时的最大应力时，产生 的应变就是该物件的极限应变。
约束反力示例：
23)压应力：压应力就是指使 物体有压缩趋势的应力。不 仅仅物体受力引起压应力， 任何产生压缩变形的情况都 会有，包括物体膨胀后。
等张收缩时肌肉的收缩只是长度的缩短而张力保持不变是长度的缩短而张力保持不变这是在肌肉收缩时所承受的负荷小于肌肉收缩力的情况下产生的可使物体产生位移因此可以做功
骨科生物力学名词简 介
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的力学问题 定量研究的生物物理学分支。其研究 范围从生物整体到系统、器官(包括血 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的 输运等。
等张收缩力做功：
6）蠕变：固体材料在保持应 力不变的条件下，应变随时 间延长而增加的现象。它与 塑性变形不同，塑性变形通 常在应力超过弹性极限之后 才出现，而蠕变只要应力的 作用时间相当长，它在应力 小于弹性极限时也能出现。
7）等张运动：等张运动 （isotonic exercises):肌肉收缩 时肌纤维缩短，即肌肉长度改变 因而肢体活动。
2）应变：用以描述一点处变形的 程度的力学量是该点的应变。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的 变化。 即应变是由载荷、温度、 湿度等因素引起的物体局部的相 对变形。主要有线应变和切应变 两类。
应力应变曲线图：
3）载荷：通常指施加于机械或结 构上的外力；动力机械中通常指 完成工作所需的功率；电机工程 中则指电气装置或元件从电源所 接受的功率。另外，有时也把某 种能引起机械结构内力的非力学 因素称为载荷。
生物力学 软力学
机动
1200
目录 上页 下页 返回 结束
（二）收缩机理： 1、观察仪器： 光学显微镜 电子显微镜 2、观察试样： 小青蛙的缝匠肌 3、横桥学说（肌丝滑行学说）：
肌纤维收缩并不是肌纤维中肌丝本身的缩短或卷曲，
光衍射仪
而是细肌丝在粗肌丝之间滑行的结果。
肌丝滑行使肌节长度缩短，肌原纤维缩短表现为肌纤
机动 目录 上页 下页 返回 结束
肌原纤维结构：
机动
目录
上页
下页
返回
结束
肌丝（肌原纤维）的分子结构 粗肌丝： 由许多肌球蛋白分子或称肌凝蛋白分子按 特定规律排列而成
肌球蛋白分子，其头部有一膨大部--横桥： ①能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合； ②具有ATP酶的作用，与结合位点结合后,• 分解 ATP提供横桥扭动(肌丝滑行)和作功的能量。
机动 目录 上页 下页 返回 结束
（七）结构：
骨骼肌 1、镜下观察：
横纹肌
心肌
横纹肌
平滑肌
不属于横纹肌
镜下见不到明暗相间的条纹
2、线粒体与毛细管的多少： 线粒体多（大量）— 线粒体少— 磷酸肌酸少 磷酸肌酸多 毛细管多（每根都有）— 毛细管少— 可以暂时性缺氧 不可以暂时性缺氧（不可须臾不足）
机动
三联体功能： 浓缩、储存、释放Ca2+
三联体
横小管
终池
肌膜
图 7-6 骨骼肌细胞超微结构立体模式图
心肌细胞的EM结构：
终池扁小； 形成二联体； T小管位于Z线水平； 闰盘的横位有中间连 接和桥粒； 纵位有缝隙连接
横小管 Z线 肌浆网 M线 线粒体
肌膜
横小管
M线 线粒体
生物力学总结
第一章概论生物力学定义：采用力学理论及方法来研究生物体内物质的运动，是力学与医学、生物学等学科交互结合、相互渗透形成的一门新兴的交叉学科。
分类：生物固体力学、运动生物力学、生物流体力学研究对象及方法：生物固体力学：利用材料力学、塑性力学、断裂力学等固体力学的基本理论和方法，研究生物（动物、植物、病毒等）及其组织器官中与之相关的力学问题。
生物流体力学：利用流体力学的基本理论和方法，主要研究动物和人体心血管系统、消化呼吸系统以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层和流变学有关的力学问题。
运动生物力学：用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学研究生物运动的学科。
用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域。
本部分研究的内容及考虑的问题强度问题：强度—材料在外力作用下抵抗破坏（永久变形和断裂）的能力；刚度问题：刚度—指材料或结构在受力时抵抗变形的能力；本构关系：反映材料力学性能的应力应变曲线。
连续介质定义：考察空间Ω0内一点P，再考察空间Ω0内体积分别为V1，V2，…, Vn的子空间序列，序列中的每一个都包含下一个，且都包含P，当时，Vn趋近于一个有限的正数k, 若Vn内所包含的物质质量为Mn，且满足，我们称P点处在极限体积 k上具有可接受变动性ε的物质密度。
同样，若在Ω0内的每一点上定义密度、动量及能量全是连续函数，则我们说Ω0内物质是一种连续介质。
研究动脉血管可以作为连续介质，研究构成血管的蛋白不可作为连续介质体积力：能穿越空间作用到物体上的力，取决于物体的局部性质。
（eg.磁场力）表面力：必须通过物体接触面传递的力。
（eg.风对建筑的力）外力：由系统外的物体对于该系统或它的某一部分所作用的力。
荷载：使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素，单位： Newton （N）静荷载、动荷载(1)集中力与分布力（具有较强的相对性）：集中力：作在物体上的外力如果作用面积远远小于物体尺寸，可以简化为集中力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。09:45:5909:45:5909:4512/17/2020 9:45:59 AM
•
做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.1709 :45:590 9:45De c-2017 -Dec-2 0
•
日复一日的努力只为成就美好的明天 。09:45:5909:45:5909:45Thur sday, December 17, 2020
• 近几年来，随着现在技术的发展和应用， 特别是计算机技术的发展，分子力学方 法已不仅能处理一般的中小分子，也不 仅主要应用于有机化学领域，而且能处 理大分子体系。在其他的一些领域，如 生物化学、药物设计、配位化学中，都 有了广泛的应用。
分子力学的应用
• 分子力学在化学研究 中的应用,包括有机化 合物的构象分析、化 学反应机理、核磁共 振谱分析、生物化学、 药物分子设计和配位 化学诸方面。
20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质 已有许多理论与实践研究，如组合杆假设， 二相假设等，有限元法、断裂力学以及应 力套方法和先测弹力法等检测技术都已应 用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它 的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。 骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨 板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的 无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以 最少的结构材料来承受最大外力的功能适 应性。
•
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12.1720.12.1709:4509:45:5909:45:59Dec-20
生物流体力学
研究生物心血管系统 消化呼吸系统 泌尿 系统 内分泌以及游泳 飞行等与水动力学 空 气动力学 边界层理论和流变学由关的力学问题 。
新技术
微/纳米尺度的生物力学测试技术
新方法
系统生物力学方法
新特点
内涵扩大【生物医学工程 生物工程】 有机融合【生命科学与基础和工程科学】 微观深入【细胞-亚细胞-分子层次；定量生物学】 宏观-微观相结合【组织工程 器官力学 信息整合与系统生物学】
但人类对感觉器官的 了解尚少。研究最多的 是眼和耳.对眼球运动和 眼组织的宏观力学性质 已有一定认识，但还缺 乏精确的整体眼器官的 本构模型 。对耳 ，则 有了耳蜗和前庭 器的流 体弹性模型，但尚缺少 完美的细观描述。
骨骼-肌肉-关节力学
神经系统控制肌肉系统，产生对骨骼
系统的作用力以完成各种机械动作。
在实践中，运动生物力学主要用于确 定各专项体育运动的技术原理，作为 运动会的技术诊断和改进训练方法的 理论依据。此外，运动生物力学在运 动创伤的防治，运动和康复器械的改 进，仿生机械如步行机器人的设计等 方面也有重要作用。同时还为运动员 选材提供了依据。
肌肉骨骼系统 基础生物力学
内容简介：
《肌肉骨骼系统基础生物力学》(第3版) 分三篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的 组织结构、关节力学及临床应用，包括对 肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能 评定、创伤的力学机制、临床力学结构重 建等相关的最新研究信息。
骨伤科生物 力学研究
生物力学与骨伤科疾病具有十分密切的
关系。它是力学、医学、生物学等的边缘 学科，它的发展必然促进临床医学，特别 是骨伤科的飞速发展。运用生物力学知识 ，认识人体运动系统的结构与功能，深入 探讨创伤的发生，发展机制，采用最为合 理的保护和治疗措施，减少创伤疾患的发 生，提供科学实用的治疗方法，在骨伤科 疾病的病因学、病理学、治疗学等方面都 具有十分重要的意义。
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月17日上午9时45分 20.12.1720.12.17
•
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年12月17日星期 四上午9时45分 59秒09:45:5920.12.17
•
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 上午9时 45分20.12.1709:45December 17, 2020
器官力学意义
器官力学旨在揭示各 种器官行使其生理功能的 力学机理，为此必须建立 器官的本构模型，用以解 释和预示器官中应力、应 变及相应的功能变化。
发展阶段
哈维在1615年根据 流体力学中的连续性 原理，按逻辑推断了 血液循环的存在，并 由马尔皮基于1661年 发现蛙肺微血管而得 到证实；
流体力学中描述直圆管层流运动的泊松 定理，其实验基础是狗主动脉血压的测量； 黑尔斯测量了马的动脉血压，为寻求血压和 失血的关系，在血液流动中引进了外周阻力 的概念，同时指出该阻力主要来自组织中的 微血管；弗兰克提出了心脏的流体力学理论； 施塔林提出了物质透过膜的传输定律；克罗 格由于对微循环力学的贡献，希尔由于肌肉 力学的贡献而先后(1920，1922)获诺贝尔生 理学或医学奖。到了20世纪60年代，生物力 学成为一门完整、独立的学科。
在运动生物力学中，神经系统的控制和反 馈过程以简明的控制规律代替 ， 肌肉活动 简化为受控的力矩发生器，作为研究对象 的人体模型可忽略肌肉变形对质量分布的 影响，简化为由多个刚性环节组成的多刚 体系统。相邻环节之间以关节相连接，在 受控的肌力作用下产生围绕关节的相对转 动，并影响系统的整体运动。
对于人体运动的研究最早可追溯到15世纪达芬奇 在力学和解剖学基础上对人体运动器官的形态和 机能的解释。 18世纪已出现对猫在空中转体现象的实验和理论 研究。运动生物力学作为一门学科是20世纪60年 代在体育运动、计算技术和实验技术蓬勃发展的 推动下形成的。 70年代中H.哈兹将人体的神经-肌肉-骨骼大系统 作为研究对象，利用复杂的数学模型进行数值计 算，以解释最基本的实验现象。T.R.凯恩将描述 人体运动的坐标区分为内变量和外变量，前者描 述肢体的相对运动，为可控变量；后者描述人体 的整体运动，由动力学方程确定。这种简化的研 究方法有可能将力学原理直接用于人体实际运动 的仿真和理论分析。
•
安全放在第一位，防微杜渐。20.12.1720.12.1709:45:5909:45:59December 17, 2020
•
加强自身建设，增强个人的休养。2020年12月17日 上午9时 45分20.12.1720.12.17
•
精益求精，追求卓越，因为相信而伟 大。2020年12月17日 星期四 上午9时 45分59秒09:45:5920.12.17
应用
人体各器官、系统，特别是 心脏—循环系统和肺脏—呼吸 系统的动力学问题、生物系统 和环境之间的热力学平衡问题、 特异功能问题等也是当前研究 的热点。生物力学的研究，不 仅涉及医学、体育运动方面， 而且已深入交通安全、宇航、 军事科学的有关方面。
心脏是整个循环系统 的动力源。早期的研究 注意整体心脏的原功能。 较晚的研究实质上是研 究肌肉力学的方法，其 基本思路是先搞清单根 心肌的力学特性，然后 综合得到整个心脏腔室 的力学性能。
生物力学的新概念 新技术 新方法
新概念 新技术与新方法
现代分子和细胞生物学既提出大量新课题 ，又带来了许多新工具，推动着生物力学由宏 观向微（细）观深入、并强调宏-微（细）观相 结合。实际应用的不断涌现，催生着以解决与 应用相关的工程技术问题为目标的新的生物工 程学。这一新的生物工程学远远超出了基于微 生物的、以发酵工程为标志的生物技术及以医 疗仪器研发为目标的生物医学仪器这两个传统 的领域。不断寻求新的力学和物理原理与方法 ，与生命科学及其它基础和工程科学进一步融 合，已成为当今生物力学发展的主要特色。
前沿领域
• 当前生物力学发展的前沿领域主要 包括：
• 1）细胞-分子力学； • 2）器官-组织力学； • 3）骨骼-肌肉-关节力学； • 4）生物力学新概念、新技术与新
方法等。
分子力学
• 分子力学（molecular mechanics），又 叫力场方法（force field method），目 前广泛地用于计算分子的构象和能量。
器官组织力学
一 定义
器官主要器官主要由软组织构成。各种器官 都有其独特的功能，是生命体内相对独立的 部分，如肺、心、肾、子宫等体内脏器及感 觉器官如眼、耳、鼻等。
（软）组织-（有限单元）器官力学性质及其 生物学功能；组织工程在功能化细胞、功能 性生物材料支架、组织性能评测、临床整合 等方面的基础研究，以及力学因素对组织工 程• 生物力学是研究力学环境（刺激）对生物体健康、 疾病或损伤的影响，研究生物体的力学信号感受 和响应机制，阐明机体的力学过程与生物学过程， 如：生长、重建、适应性变化和修复等之间的相 互关系，从而发展有疗效的或有诊断意义的新技 术。
发展特点
• 当前生物力学的发展特点可大 致归纳为：内涵扩大（生物医 学工程；生物工程），有机融 合（生命科学与基础和工程科 学），微观深入（细胞-亚细胞 -分子层次；定量生物学），以 及宏观-微观相结合（组织工程、 器官力学；信息整合与系统生 物学）。宏观生物力学研究仍 为主流，但宏观-微观相结合、 微观生物力学研究发展十分迅 速。
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.12.1709:45:5909:45Dec-2017-Dec-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。09:45:5909:45:5909:45Thursday, December 17, 2020
•
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12.1720.12.1709:45:5909:45:59December 17, 2020
•
让自己更加强大，更加专业，这才能 让自己 更好。2020年12月上 午9时45分20.12.1709:45December 17, 2020
•
这些年的努力就为了得到相应的回报 。2020年12月17日星 期四9时 45分59秒09:45:5917 December 2020
•
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午9时45分 59秒上 午9时45分09:45:5920.12.17