骨的力学性质实验：弯曲与压缩
骨质疏松动物模型骨的拉伸、压缩、扭转实验研究
ｗｉ ｉｅｒ ｔ ｅ ｏ ａ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓｓ ｏｒ ｘ ｒｍｅ ｔ ｉｅｒ ｔｓ ｎ ｗｅ ｅｐ ｏ ｅ ｄ ｄ． ｅｉ ｄ ｃ ｆｓｒ ｔｈ、 ｏ ｈ ｔ ｗｈｔ ａ ｍ ｒ ， ｏ ｆ ｒ ｓ ｈ ｎ ｅ ｐｅｉ ｎｔ ｗｉｈ ｗｈ ｔ ａ ｈ ｒ ｒ ｃ ｅ ｅ Ｔｈ ｎ ｉｅｓｏ ｔｅ ｃ ｃ ｍｐｒｓ ｔｅ ｓ ｓｒ ｉ ｌｓｉ ｉ ｅ ｓｓ ｓ 、 ｔａ ｎｅａ ｔｃ ｒ ｍｏ ｕｕ 、ｏｓｏ ａ ｈ ａ ｎ ｔｅ ｓ ａ ｇｅｏ ｏ ｉ ｎｏ ｉｔ ａ ｔ ｏ ｓ ｏ ｓｏ ａ ｈｇ ｏ ｐ ｗｅ ｇ ｔＴ ｅｃ ｎ ｌｓｏｎｓ ｏ ｔａ ｈｅｉｄｃ ｓｏ ｔｅｃ ｄ ｌｓ ｔ ｒｉ ｎ ｌ ｅ ｆ ｇｓ ｓ 、 ｓ ｉ ｒ ｎ ｌ ｆｔｒ ｏ ｆ ｗｈ ｅｒ ｓ ｓｅ ｕ ｆｅ ｃ ｒ ｕ ｓ ｅ ｒ ｏ． ｈ ｏ ｃｕ ｉ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｎ ｉｅ ｆｓｒ ｔｈ、 ｔｌｓ ｏ ｅｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｏ ｅ ｙ ｏ ｅｅ ｃ ｐ ｃ ａ ｉａ ｐ ｒ ｆｍｏｄ ｌｇ ｏ ｐ ａｅ ｌｓ ｈ ａ ｆｎｏ ａ ｒ ｐ ｐｒ ｔ ｅ ｒ ｕ ｒ ｅ ｓｔ ａ ｔ ｔ ｒ ｌ ｏｕ ． ｎ ｈ ｏ ｍ ｇ
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骨生物力学(4学时)
（ occupation ）、健康保健（ health maintenance ）
和医生对病人治疗（medical patient care）方面的应
用被很好的认识并且有高度的有效性和实用性。
骨骼生物力学是生物力学的重要分支,尽管骨力学的 研究已有上百年的历史，但至今仍有许多问题处于 有待深入研究的状态。
绪论绪论骨力学与骨伤科疾病的关系骨力学与骨伤科疾病的关系骨材料的力学特性骨材料的力学特性及其实验研究方法及其实验研究方法骨质疏松症骨质疏松症骨折治疗与临床应用骨折治疗与临床应用绪论绪论骨力学与骨伤科疾病的关系骨力学与骨伤科疾病的关系骨材料的力学特性骨材料的力学特性及其实验研究方法及其实验研究方法骨质疏松症骨质疏松症骨折治疗与临床应用骨折治疗与临床应用骨骼生物力学的临床应用举例第一节绪论第一节绪论一一
de Vinci, Vesalius Galileo, Borelli Newton, Harvey Marey, Stenonivs, Bell, Duchenne, etc.
（3）分析时期(Analysis Period)
从1850年到1930年,这是一个用理论和实验方法对人类和动物骨骼肌肉 系统进行广范分析的时期。俄国、德国和法国各专业学派均致力于这方 面的研究，他们主要是从基础科学的观点结合有限的医学应用进行研究。 由德国的Wolff和Roux、美国的Koch和几个其他的研究者建立了各种有 关于骨骼结构与其负力功能之间的相关性理论。丹麦的Stenonis进行了 类似骨骼而与肌肉相关的研究。Bernstein在1926年出版了他的有关 “生物力学”的论文，文中对长骨、下肢及颞下颌关节负荷力及人类步 态分析进行了大量研究。尽管这些以肌肉骨骼生物力学为主题的理论研 究是非常重要而具革命性，但这些研究在这个时期面临各种困难，主要 是因为欧美各国正面临如火如荼的工业革命期间，它吸引了众多科学和 工程方面的人才并用尽了所有的研究发展投资的基金。医疗和生物研究 与应用也受到同样的影响，因为大多数的医师随着无菌技术的进展和麻
材料弯曲实验报告
材料弯曲实验报告篇一：3-材料力学实验报告(弯曲)材料力学实验报告（二）实验名称：弯曲正应力实验一、实验目的二、实验设备及仪器三、实验记录测点1的平均读数差ΔA1平=? ? ? ? A? 10 ? ?61平1平梁的材料：低碳钢(Q235) 梁的弹性模量E=200GPa梁的截面尺寸高H=宽b= 加载位置 a=W ? bH2抗弯截面模量 Z 6?平均递增载荷? P 平 ?与ΔP相应的弯矩 ? M ? ?Pmax2平? a ?四、测点1实验应力值与理论应力值的比较?1 实 ?E . ??1平?? ?Mmax1 理 ?W?Z误差： ?1理??1实? 100?%?1理五、回答问题1．根据实验结果解释梁弯曲时横截面上正应力分布规律。
2.产生实验误差的原因是由哪些因素造成的？审阅教师篇二：材料力学实验报告(2)实验一拉伸实验一、实验目的1．测定低碳钢(Q235)的屈服点?s，强度极限?b，延伸率?，断面收缩率?。
2．测定铸铁的强度极限?b。
3．观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。
4．熟悉试验机和其它有关仪器的使用。
二、实验设备1．液压式万能实验机；2．游标卡尺；3．试样刻线机。
三、万能试验机简介具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；1）加载部分，利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。
2）测控部分，指示试件所受载荷大小及变形情况。
四、试验方法1．低碳钢拉伸实验（1）用画线器在低碳钢试件上画标距及10等分刻线，量试件直径，低碳钢试件标距。
（2）调整试验机，使下夹头处于适当的位置，把试件夹好。
（3）运行试验程序，加载，实时显示外力和变形的关系曲线。
观察屈服现象。
（4）打印外力和变形的关系曲线，记录屈服载荷Fs=22.5kN，最大载荷Fb =35kN。
（5）取下试件，观察试件断口: 凸凹状，即韧性杯状断口。
第二章 第一节 骨运动学(骨的运动适应性)
种类：根据作用于骨的力不同，其内部 分别会产生相应的应力，如压应力、拉 压力等。
作用：应力对骨的改变、生长和吸收起 着调节作用，应力不足会使骨萎缩，应 力过大也会使骨萎缩。因此，对于骨来 说，存在一个最佳的应力范围。
（2）应变
概念：骨的应变是指骨在外力作用下的局部 变形。 其大小等于骨受力后长度的变化量与原长度 之比，即形变量与原尺度之比。一般以百分比来 表示。
影响骨强度与刚度的因素有：
①压应力――肌收缩时所产生的压应力能防止拉伸 骨折的发生； ②骨的大小和形状――骨的横截面积的大小及骨组 织在骨中轴周围的分布、形状等均可影响骨强度和刚度。 如骨试件在压缩时， 骨的横截面面积越大，强度和刚度也越大。 破坏载荷及刚度的大小与横截面积成正比。
7）机械力对骨的影响 机械应力与骨组织之间存在着生理平衡。 骨对生理应力刺激的反应是处于动态平 衡状态，应力越大，骨组织增生和骨密质增 厚越明显。
6）骨的强度和刚度
①骨强度 是指骨在承受载荷时所具有的足够 的抵抗破坏的能力，以致不发生破坏。 在压缩载荷的试验中，载荷－变形曲线能反映 结构强度的三个参数是：a.结构在破坏前所能承受 的载荷， b.结构在破坏前所能承受的变形， c.结构在破坏前所能贮存的能量。 ② 骨的刚度 是指骨具有足够的抵抗变形的 能力。 在某种载荷作用下，骨虽不发生断裂，但如果 变形过大，往往会影响骨结构与功能。
2）压缩载荷 是施加于骨组织表面的两个沿轴 线的大小相等、方向相对的载荷。 该载荷在骨组织内部产生压应力 和应变。 如举重运动员举起杠铃后上肢和 下肢骨被压缩。
3）弯曲载荷 是使骨沿其轴线发生弯曲形变的载 荷。 例如当脊柱前屈或后伸时脊柱的弯 曲则为弯曲载荷。 特点：骨骼在弯曲载荷时，其中性 轴两旁一侧产生拉应力和拉应变，另— 侧则产生压应力和压应变，在中性轴上 则没有应力和应变。 应力的大小与至骨骼中性轴距离成 正比，即距中性轴越远，其应力就越大。
骨的力学性质实验：弯曲与压缩
三点弯曲实验示意图
压缩实验的骨试样较小，例如，长方体试样长为5mm，横截面为1mm x1.3mm。
若是新鲜或湿骨试样置于生理盐水中，进行拉伸或压缩实验。
压缩力在骨内产生压应力和压应变，骨受压缩后缩短，压应变为负值。
松质骨的拉压性能远差于密质骨。
骨的拉伸、压缩力学性质受到性别、年龄、取材、部位和方向、骨的状态（干或湿骨）、加载速度等因素的影响，在某一范围变化，且骨的抗拉强度低于抗压强度。
骨的拉伸和压缩力学性质随着年龄和性别的不同而不同。
下图是男女股骨和肱骨强度极限随年龄的变化图：
从图中可以看出，除女性15~19岁年龄组外，不同性别的骨骼的平均作用强度极限随年龄增大显著减小（10%），极限应变显著减小（35%）。
最大力 矩形试样抗弯强度σbb 矩形试样弯曲弹性模量Eb 矩形试样弯曲弹性模量Eb 单位 N
MPa
MPa MPa 试样1 439.526 32.582 1431.2173 1431.2173 平均值
439.526 32.582
1431.2173 1431.2173 标准偏差(n) 0.000
0.000
0.0000
0.0000
骨头压缩实验数据：试样高度h:13.04mm ，样品直径d ：11.5mm
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0510152025
303540应力/δ
应变/ε
骨头应力—应变曲线图。
骨力学
骨力学是生物力学的重要分支，它研究骨和骨骼体系的力学问题。
骨骼在生物体内占有非常重要的地位。
以人体为例，骨骼是人体赖以生存和运动的支柱，没有合理的骨骼结构，人体不可能完成如此精巧的运动。
骨结构是人体内最坚硬的部分，力学性质与一般工程材料很接近，骨路系统的功能是支持、运动和保护，使得肌肉和身体得以方便的活动，是人体的重要组成部分。
骨是一种动态的、有生命的、在发育中生长的组织，它的结构形成受很多因素的影响，包括遗传倾向、营养情况、疾病、生物化学等因素。
除此之外，骨的力学功能适应性是骨的—个十分重要的性质，在骨的结构与承受载荷问题上，骨有最优化的形状和结构；骨可自身修复，可以随着它受到的应力和应变情况来改变其性质和外形，进行外表再造和内部再造留等。
骨的组织结构十分复杂．对这种生物材料力学问题的研究，无疑是具有理论意义的。
因为它不仅使我们能认识骨的力学特性，而且由此将对力学学科的发展及新材料的研究等产生影响。
骨和骨骼是有生命的，所以对这种具有特殊组织结构生命体的研究，实际上是开拓了一个崭新的学科领域。
人们希望知道外界作用(包括力、电、磁、热等的作用)对活的骨细胞、骨单位等的力学效应，从而进一岁揭示生命的奥秘。
如上所述，骨力学研究骨组织和骨骼结构在外界作用下的力学特性，研究骨在受力后的瞬时效应和远期效应，研究骨的生长和吸收等规律。
因此，骨力学对骨科疾患、骨伤治疗、代用材料及康复学等有着重要的临床应用。
目前在这些方向德应用研究很活跃，其中不少是很有成效的。
骨力学的研完对象是作为生物体支架的骨及骨路系统，目前主要是人体各类骨及骨骼。
研究骨力学问题，目的仍然必须依照连续体力学的传统理论和方法。
就是说，在充分了解骨组织结构的基础上，将骨抽象为一种模型化了的工程材料。
在某些情况下可以把它粗糙地看做理想弹性体，有时则看做粘弹性体或其他力学模型。
它可以是各向同性的、横观各向同性的、正交各向异性的、两相或多相复杂形式的复合计料。
股骨松质骨弯曲实验研究
一
８ — ０
２０ ０ ２年
第４ ２卷
第 ３ ４期 ，
试 验 技术 与 试验 机
股 骨 松 质 骨 弯 曲实 验 研 究
吉 林 大学 中 日联谊 医院 内蒙古 自治 区鄂 尔古纳 市 人 民医 院 吉林 大 学机 械学 院
摘 要
赵 宝林 张 外 马 洪顺
实 验参 照金 属 材 料 的 实 验 方 法 ， 日本 岛 津 在 Ａ １ Ｔ 自动 控 制 电 子 万 能 试 验 机 上 进 行 。 ０Ａ
近年来 由于 骨 质 疏 松 、 建 、 造 、 形 重 骨 矫 外科 开 展 的人 工关 节 置换 术 等都 需要 了解 松 质 骨 的力学 特性 。 以往 的研究 以松质 骨 的压 缩 强度 和 弹性 模 量 居 多 。参 考 文 献 ［ ］ 道 １报 了对 成人 胫 骨 松 质 骨 力 学 性 质 的实 验 研 究 。 参考 文献 ［］ ［］ ［］ 道 了对 松 质 骨 的 力 ２ 、３ 、４ 报 学性 质研 究 。但 由于松 质 骨 材 料 与 种 族 ， 解 剖部位 ， 观 密度 、 龄 等 因 素 有 关 ［］ 因 表 年 ５。 此研 究 国人不 同部位 松质 骨 的力 学 性质 对 临
试 样 置于机 器 的 三 点 弯 曲 支 座 上 ， 座 跨 距 支 ３ｍ ０ ｍ。将 试 样 的 原 始 数 据 输 入 给 计 算 机 。 驱 动机 器 以 ｌ ｍ ｍｎ的实验 速度 对 试样 施加 ｍ ／ｉ
床都有参考价值 。鉴于此 ， 作者对正常国人 新鲜尸 体股骨 下端松质 骨进行 弯 曲实验研 究 。 旨在 为满 足 临床 医学 要求 和 探 索松 质骨
理盐水浸透的沙布包裹 ， 装入塑料袋 中， 密封 后置于 一２ ｃ 冰 箱 内保存 。实 验前 取 出标 Ｏ【 ＝ 本， 在常温下解冻 ， 待用。 关 于松 质 骨 力 学 性 质 的 实验 方 法 ， 样 试
第三章《骨肌肉力学特性 及人体基本活动形式》
二、在体肌收缩生物力学
▪ （一）肌肉的激活状态：肌肉兴奋时其收缩成分力学状态的变 化。
▪ 肌肉进入激活状态后，收缩元兴奋产生张力，起初被串联弹 性元的形变所缓冲。当串联弹性元的形变和张力进一步发展， 整块肌肉的张力达到一定程度后，收缩元主动张力才能直接对 肌肉起止点施力，表现出肌肉收缩力。
2
载荷——变形曲线显示出确定结构强度的三个参数：
①结构在破坏前所能承受载荷; ②结构在破坏时发生的变形； ③结构在破坏前所储存的能量
由载荷与形变所表达的强度， 用极限断裂点来表示。由能量 贮存所表达的强度，则一整个 曲线下方的面积大小来表示。 此外结构的刚度，则用弹性范 围的曲线斜率来表示。
载荷——变形曲线可以用于测定大小不同、形状和性质不同 物体的强度和刚度。（但必须是试件和试验条件标准化。）
▪ （2）多个模型并联而成的肌肉：各个模型受外力 之和等于肌肉外力，而肌肉的变形与模型变形相等。 因此，肌肉生理横断面的增加，导致收缩力的增加， 但不影响其收缩速度。
12
▪ （二）肌肉结构力学模型的性质 ▪ 1、肌肉张力 —— 长度特性 ▪ A→肌肉被动张力为零时,肌肉所
能达到的最大长度称为肌肉的平 衡长度。 ▪ B→收缩元的张力随长度变化,表 现最大张力时的长度称肌肉的静 息长度,约为平衡长度的125％。 ▪ 2、Hill方程（肌肉收缩力—速度 曲线） ▪ V＝b（T0－T）/（T+a）； ▪ T＝a（V0－V）/（V+b）
弹性。
当收缩元兴奋后，使肌肉具有弹性。
▪ 总张力＝主动张力＋被动张力
11
▪ 2、模型的串联构成肌肉的长度；
并联构成肌肉的厚度。
▪ （1）多个模型串联而成的肌肉：每个模型受外力
骨骼的力学性质
134MN m2 170MN m2
医学物理学
Байду номын сангаас
• 3.弯曲：骨骼受到载荷作用时，将发生弯曲效应。
中性线凹侧面(载荷侧)骨骼受压缩作用;在凸侧受拉 伸作用。距离↑→应力↑。
医学物理学
• 4.扭转(torsion)：
扭转实际是剪切的表现，越靠近中心轴的层，切 应变越小，越外层的切应变越大，弧越长。从抗扭 转性能来看，由于靠近中心轴的各层作用不大，因 此常用空心管来代替实心柱，既可以节省材料，又 可以减轻重量，同抗弯曲情况相似。
二、骨骼不同方向的拉伸曲线
• 与一般金属材料 不同，骨骼在不 同方向载荷作用 下有不同的力学 性能(各向异性)。
• 图为人股骨标准 试样在不同方向 拉伸时的刚度和 强度变化曲线。
医学物理学
骨骼的形变、破坏与其受力方式有关。根据外力和外 力矩的方向将骨骼受力分为拉伸、压缩、弯曲、扭转、 剪切和复合载荷六种。
医学物理学
• 在一定的弹性范围内，圆杆或圆管的扭转角度是和所加的 力矩成正比的。
• 扭转的角度超过某一数值时，物体就会断裂。
医学物理学
医学物理学
1.骨组织在拉伸载荷作用下的断裂机制主要是骨单位 间结合线的分离和骨单位的脱离。
临床上：拉伸骨折多见于松质骨。
医学物理学
2.骨骼最常承受的载荷是压缩载荷。压缩载荷能够 刺激骨的生长，促进骨折愈合，较大压缩载荷作 用能够使骨缩短和变粗。
骨组织在压缩载荷作用下的破坏表现，主要是 骨单位的斜行劈裂。人湿骨破坏的极限应力大于拉 伸极限应力。
第三节 骨的力学特性
一、骨骼的力学性质： 骨骼与肌肉力学是生物力学中的主要研究内容，
工程力学中的弯曲应力和弯曲变形问题的探究与解决方案
工程力学中的弯曲应力和弯曲变形问题的探究与解决方案引言：工程力学是研究物体受力和变形规律的学科，其中弯曲应力和弯曲变形问题是工程力学中的重要内容。
本文将探讨弯曲应力和弯曲变形问题的原因、计算方法以及解决方案，旨在帮助读者更好地理解和应对这一问题。
一、弯曲应力的原因在工程实践中，当梁、梁柱等结构承受外力作用时，由于结构的几何形状和材料的力学性质不同，会导致结构发生弯曲变形。
弯曲应力的产生主要有以下几个原因：1. 外力作用：外力作用是导致结构弯曲的主要原因之一。
例如，悬臂梁受到集中力的作用，会导致梁的一侧拉伸，另一侧压缩，从而产生弯曲应力。
2. 结构几何形状：结构的几何形状对弯曲应力有直接影响。
例如，梁的截面形状不均匀或不对称，会导致弯曲应力的分布不均匀，从而引起结构的弯曲变形。
3. 材料力学性质：材料的力学性质也是导致弯曲应力的重要因素。
不同材料的弹性模量、屈服强度等参数不同，会导致结构在受力时产生不同的弯曲应力。
二、弯曲应力的计算方法为了准确计算弯曲应力，工程力学中提出了一系列的计算方法。
其中最常用的方法是梁的弯曲方程和梁的截面应力分析。
1. 梁的弯曲方程：梁的弯曲方程是描述梁在弯曲过程中受力和变形的重要方程。
根据梁的几何形状和受力情况，可以得到梁的弯曲方程，并通过求解该方程，计算出梁在不同位置的弯曲应力。
2. 梁的截面应力分析：梁的截面应力分析是通过分析梁截面上的应力分布情况，计算出梁在不同位置的弯曲应力。
该方法根据梁的几何形状和材料的力学性质，采用静力学平衡和弹性力学理论，计算出梁截面上的应力分布，并进一步得到梁的弯曲应力。
三、弯曲变形问题的解决方案针对弯曲变形问题，工程力学提出了一系列的解决方案，包括结构改进、材料选择和加固措施等。
1. 结构改进：对于存在弯曲变形问题的结构，可以通过改进结构的几何形状，增加结构的刚度，从而减小结构的弯曲变形。
例如，在梁的设计中，可以增加梁的截面尺寸或改变梁的截面形状，以增加梁的抗弯刚度。
智慧树知到《运动生物力学》章节测试答案
智慧树知到《运动生物力学》章节测试答案第一章1、运动生物力学研究人体运动器械的生物力学特性、人体运动动作的力学规律以及运动器械机械力学规律的科学。
对错答案: 对2、（）是根据人体的解剖、生理特点和力学性质，用力学原理和方法探讨人体机械运动的规律，研究合理的运动动作技术，分析各种疾病造成的运动功能障碍，分析运动损伤的原因、机理，为制订合理的治疗及康复方案提供依据，是研究人体在运动损伤和疾病预防、治疗、康复过程中运动规律的科学。
A． B. 医用生物力学 C. 康复生物力学 D.康复生物力学一般生物力学医用生物力学康复生物力学运动生物力学答案: 康复生物力学3、轮椅、支具等辅助技术的力学规律研究包括运动装备的研究，包括运动鞋、护具、紧身衣等轮椅的动力、与使用者的交互拐杖的材料、作用力大小上、下义肢的生物力学规律研究答案: 运动装备的研究，包括运动鞋、护具、紧身衣等,轮椅的动力、与使用者的交互,拐杖的材料、作用力大小,上、下义肢的生物力学规律研究4、运动生物力学的实验方法可以测量的（）参数。
人体惯量参数人体力学参数人体运动学参数人体生物力学参数答案: 人体惯量参数,人体力学参数,人体运动学参数,人体生物力学参数5、运动学（Kinesiology）是理论力学的一个分支学科，运用几何学的方法来研究物体的运动，主要研究质点和刚体的运动规律。
对错答案: 对6、运动学通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，并考虑人体和器械运动状态改变的原因。
对错答案: 错7、运动员绕正常400m一圈田径场跑完一圈所需要的时间是50s，求运动员的平均速度是8m/s。
对错答案: 错8、人体整体或环节围绕某个轴转动时转过的角度叫（）角位移角速度角度位移答案: 角位移9、运动学特征包括：（）。
时间特征空间特征时空特征频率特征答案: 时间特征,空间特征 ,时空特征10、动力学是解释人体运动状态发生改变的原因，对产生运动进行本质研究。
实验报告 骨与骨骼肌
实验报告骨与骨骼肌实验报告：骨与骨骼肌引言：人体的骨骼系统是支撑和保护身体的重要组成部分，而骨骼肌则是使我们能够进行各种运动的关键。
本实验旨在探究骨骼和骨骼肌的结构与功能，并通过实验验证相关理论。
1. 骨的结构与功能：骨是由多种组织构成的，包括骨质、骨髓、骨膜等。
骨骼系统具有以下重要功能：- 支撑：骨骼系统为身体提供了支撑，使我们能够站立、行走和保持姿势稳定。
- 保护：骨骼系统保护了内脏器官，如头骨保护了大脑，胸骨保护了心脏和肺部。
- 运动：骨骼系统与肌肉协同工作，使我们能够进行各种运动活动。
- 储存矿物质：骨骼中储存有钙、磷等矿物质，对维持酸碱平衡和血液钙离子浓度起重要作用。
- 造血：骨髓是造血的重要场所，产生血细胞以维持机体正常功能。
2. 骨骼肌的结构与功能：骨骼肌是由肌肉纤维组成的，与骨骼相连，通过收缩产生力量，使骨骼运动。
骨骼肌具有以下特点：- 可收缩性：骨骼肌能够通过肌纤维的收缩产生力量，使骨骼运动。
- 弹性：骨骼肌具有一定的弹性，能够恢复原来的形状和长度。
- 疲劳性：长时间的运动会导致骨骼肌疲劳，需要休息和恢复。
- 协同性：骨骼肌通过神经系统的控制，协同工作，使身体能够进行复杂的运动活动。
3. 实验设计与结果：为验证骨骼和骨骼肌的结构与功能，我们进行了一系列实验。
实验一：骨骼的力学性质我们选取了骨骼的典型代表——牛骨，进行了弯曲实验。
通过施加不同的力量，测量骨骼的弯曲程度和断裂点。
实验结果显示，骨骼具有一定的强度和韧性，能够承受一定的力量而不断裂。
实验二：骨骼肌的收缩力量我们选取了人体的大腿肌肉，通过电刺激肌肉纤维，测量肌肉的收缩力量。
实验结果显示，肌肉的收缩力量与电刺激的强度和频率有关，高强度和频率的刺激能够产生更大的收缩力量。
实验三：骨骼和骨骼肌的协同工作我们进行了一项协同运动实验，通过观察人体的手指运动，了解骨骼和骨骼肌的协同工作。
实验结果显示，手指的运动需要骨骼提供支撑和稳定，而骨骼肌则通过收缩产生力量和控制运动。
骨的生物力学实训报告
一、引言骨骼是人体重要的组成部分，不仅支撑着身体结构，还参与运动、保护内脏器官等功能。
骨的生物力学研究对于理解骨骼的力学特性、预防骨折、指导临床治疗具有重要意义。
本次实训旨在通过实验和理论分析，深入了解骨骼的生物力学特性。
二、实训目的1. 理解骨骼的生物力学基本原理。
2. 掌握骨骼力学实验的基本方法。
3. 分析骨骼在不同力学条件下的力学响应。
三、实训内容1. 骨骼力学性质实验（1）实验材料：成人股骨样本、加载设备、应变片、数据采集系统。
（2）实验方法：将股骨样本固定在加载设备上，通过应变片测量骨样本在拉伸、压缩和弯曲条件下的应变值。
同时，记录加载力与应变值的关系。
（3）实验结果：股骨样本在拉伸、压缩和弯曲条件下均表现出良好的力学性能。
在拉伸和压缩条件下，股骨样本的弹性模量分别为13.2 GPa和10.8 GPa，屈服强度分别为1.2 MPa和0.8 MPa。
在弯曲条件下，弹性模量为12.5 GPa，屈服强度为1.1 MPa。
2. 骨骼力学性能分析（1）分析骨骼在不同力学条件下的应力分布。
（2）研究骨骼的损伤机制。
（3）探讨骨骼力学性能与年龄、性别等因素的关系。
3. 骨骼力学模型建立（1）建立骨骼的有限元模型。
（2）模拟不同力学条件下的骨骼力学行为。
（3）分析模型结果与实验数据的吻合程度。
四、实训结果与分析1. 骨骼在不同力学条件下的力学性能表现出一定的规律性。
在拉伸和压缩条件下，股骨样本的弹性模量和屈服强度较高；在弯曲条件下，弹性模量和屈服强度略低。
2. 骨骼的应力分布受加载方式、加载位置等因素的影响。
在拉伸条件下，应力主要集中在骨样本的近端；在压缩条件下，应力主要集中在骨样本的远端；在弯曲条件下，应力分布较为均匀。
3. 骨骼的损伤机制主要包括骨小梁断裂、骨皮质变形和骨膜损伤。
在加载过程中，骨小梁的断裂和骨皮质的变形是导致骨折的主要原因。
4. 骨骼力学性能与年龄、性别等因素有关。
随着年龄的增长，骨骼的弹性模量和屈服强度逐渐降低；女性骨骼的弹性模量和屈服强度低于男性。
物体的弹性骨的力学性质
当材料受到切应力作用时，胡克定律的形 式为： F x G G S l0
式中比例系数 G 称为材料的切变弹性模量或刚性 模量。大多数材料的切变模量约是杨氏模量的1/2 到1/3 。 当物体的体积发生变化时，胡克定律的形式为： F V B S V0 式中比例系数B成为材料的体积弹性模量。由于 体变时压强增加，材料的体积缩小，△V为定值， 式中的负号保证了等式两边均为正值。体积弹性
第一节 应力和应变
1.1 应力 设一粗细均匀、截面积为S的棒，在棒的两端施加 大小相等、方向相反的拉力F，如图所示。在棒上 任取一截面BC，由于棒处于平衡状态，根据牛顿 第三定律，则被BC分开的两部分存在有相互作用， 这种相互作用称为张力。对整个棒来说，张力是内 力，对被分开的部分来说，它又是外力，而且是作 用在整个横截面上的，其大小与所施加的拉力 F 相 B 等,在横截面上均匀分布。 F F 我们将横截面上的力与横 S 截面积的比称为应力，用 C σ表示，即 σ =F/S
的内力称为切应力，用τ 表示。若横截面 积为 S ，则切应力 F S 当一固定体放在静止的液体或气体中时，固体要 受到流体静压强的作用。不论固体表面的形状如 何，流体静压强总是垂直于固体表面的。这种压 强不仅作用于表面上，在固体内任一平面，都有 垂直于该面的压强作用。这种压强也是一种应力， 是由于物体受到均匀压强作用而产生的。同样， 当液体或气体的表面受到与其表面垂直的压强作 用时，其内部任一想象平面上都有垂直该面的应 力作用。
1 YS 2 l 2 l0
对一定的材料来说，Y、l0、S均为常数， 令 YS k l0
k称为弹性物体的力常数或劲度系数，则：
1 2 A k l 2
外力所作的功全部转变为棒的形变势能，用EP表 示形变势能，则有A＝EP，所以
物体的弯曲与扭转实验
物体的弯曲与扭转实验经过长期的研究和实验，科学家们发现了许多关于物体弯曲和扭转的有趣现象。
这些研究不仅让我们对物质的特性有了更深入的理解，还为未来的科学发展提供了新的思路和方向。
在一项经典的物体弯曲实验中，科学家们将一根金属棒放置在支架上，并用力向下施加压力。
当压力逐渐增加时，金属棒开始表现出明显的弯曲现象。
经过测量和记录，科学家们发现了弯曲与应力之间的关系。
根据他们的实验结果，弯曲程度与应力成正比，这意味着当外力增大时，物体的弯曲程度也会相应增加。
另一个有趣的实验是关于物体扭转的。
科学家们将一根硬质棒固定在一个平台上，并施加一个扭转力。
随着力的增加，科学家们发现，棒子逐渐扭曲，最终达到一个平衡状态。
他们还发现，扭曲产生的变形与外力大小呈线性关系，并且与材料的特性有关。
这些实验结果让我们对材料的弹性和可塑性有了更深入的理解。
实际上，物体的弯曲和扭转是由于内部原子结构的变化导致的。
在一个材料中，原子通过键结合在一起形成晶格，而这些键的断裂和重新排列会导致物体的弯曲和扭转。
这就解释了为什么某些物质更容易弯曲和扭转，而其他物质则更坚硬和难以变形。
为了更好地了解物质的弯曲和扭转，科学家们还进行了一些微观实验。
他们使用高分辨率显微镜观察物质的内部结构，并通过应用粒子追踪技术来追踪原子的运动。
通过这些实验，他们发现了一些有趣的现象，比如原子在受力时的振动和位移。
这些实验结果为理解物体弯曲和扭转的微观机制提供了重要的线索。
除了对单个物体的研究，科学家们还致力于研究复杂结构和材料的弯曲和扭转行为。
他们发现，复杂结构中的弯曲和扭转与内部力的平衡和分布密切相关。
通过数值模拟和实验验证，他们能够预测和控制复杂结构的弯曲和扭转行为，从而为工程设计和研发提供了重要的指导。
总的来说，物体的弯曲和扭转是一个非常有趣且具有挑战性的研究领域。
科学家们的实验和研究为我们揭示了物质的特性和行为规律，也为材料科学和工程技术的发展提供了新的思路。
骨质疏松模型大鼠椎骨压缩、弯曲、扭转和抗冲击的力学性质
骨质疏松模型大鼠椎骨压缩、弯曲、扭转和抗冲击的力学性质赵宝林;于涛;陈鹏;马洪顺【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2008(012)033【摘要】背景:课题设计基于前期工作已研究了去势致骨质疏松动物骨的拉伸、剪切、力学性能和粘弹性力学性质的条件下进行.目的:进一步观察正常大鼠和去势后骨质疏松大鼠椎骨的压缩、弯曲、扭转和冲击力学性质.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2006-01/2007-01在吉林大学力学实验中心完成.材料:选用280～320 g.四五月龄Wistar雌性大鼠86只.随机分为正常对照组43只,模型组43只.方法:模型组大鼠摘除卵巢后14周,正常对照组一般饲养14周,同时以腹主动脉放血法处死取L1～L4椎骨进行弯曲、扭转和冲击实验,对L4椎骨进行压缩实验.主要观察指标:两组大鼠椎骨压缩最大应力、最大应变、弹性模量,椎骨弯曲最大载荷、最大弯矩、最大应力、弹性模量,最大扭矩、最大扭转角、最大扭转剪应力,最大冲击功.结果:模型组压缩应力、应变、弹性模量低于正常对照组(P<0.05).模型组弯曲弹性模量、弯矩、弯曲应力低于正常对照组(P<0.05).模型组扭矩、扭转角、扭转剪应力低于正常对照组(P<0.05).模型组冲击功、冲击韧性低于正常对照组(P<0.05).结论:去势法制作的骨质疏松模型弯曲、扭转、压缩和冲击力学性能均降低说明骨质疏松后骨纤维结构的强度和韧性降低.【总页数】4页(P6466-6469)【作者】赵宝林;于涛;陈鹏;马洪顺【作者单位】吉林大学中日联谊医院,吉林省长春市,130031;吉林大学中日联谊医院,吉林省长春市,130031;吉林大学中日联谊医院,吉林省长春市,130031;吉林大学南岭校区工程力学系,吉林省长春市,130022【正文语种】中文【中图分类】R318.01【相关文献】1.骨质疏松动物模型骨的拉伸、压缩、扭转实验研究 [J], 罗民;孟广伟;马洪顺2.维甲酸致骨质疏松大鼠椎骨压缩、弯曲、扭转、冲击实验研究 [J], 宋洪年;唐广志;马洪顺;杨晓玉3.雌激素干预对老年骨质疏松动物模型骨拉伸、压缩、扭转的影响 [J], 赵宝林;陈鹏;马洪顺4.模拟老年雄性骨质疏松大鼠椎骨力学性质的实验研究 [J], 高明;马成云;马洪顺5.模拟男性老年骨质疏松大鼠模型骨扭转与压缩实验研究 [J], 王溪原;马洪顺;冯晰民;湛川因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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骨的力学性质实验：弯曲与压缩
三点弯曲实验示意图
压缩实验的骨试样较小，例如，长方体试样长为5mm，横截面为1mm x1.3mm。
若是新鲜或湿骨试样置于生理盐水中，进行拉伸或压缩实验。
压缩力在骨内产生压应力和压应变，骨受压缩后缩短，压应变为负值。
松质骨的拉压性能远差于密质骨。
骨的拉伸、压缩力学性质受到性别、年龄、取材、部位和方向、骨的状态（干或湿骨）、加载速度等因素的影响，在某一范围变化，且骨的抗拉强度低于抗压强度。
骨的拉伸和压缩力学性质随着年龄和性别的不同而不同。
下图是男女股骨和肱骨强度极限随年龄的变化图：
从图中可以看出，除女性15~19岁年龄组外，不同性别的骨骼的平均作用强度极限随年龄增大显著
骨头压缩实验数据：
试样高度h:13.04mm ，样品直径d ：11.5mm
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0510152025
303540应力/δ
应变/ε
骨头应力—应变曲线图
根据骨头弯曲压缩试验，结果表明：骨头抗弯强度σ为：32.582MPa, 骨头弯曲弹性模量E 为：1431.2173MPa,骨头的比例极限σp 为:35MPa,其屈服应力σs 为：38MPa 。