常用设备

JP系列测力台是人体运动 动力学分析、平衡试验、 步态分析不可或缺的工具， 可实现多个测力台的信号 同步采集分析，也可与表 面肌电测试系统、三维运 动图像解析系统、压力分 布测试系统、多种传感器 等兼容同步使用进行步态 分析。

微机控制电液伺服生物力 学疲劳试验机

系列高速摄像设备 —— IEEE 139tion捕获系统无论 是性能评估、仪器设计或 防止和治疗运动损伤，用 作运动分析的运动主要包 括高度动态的运动。 CODA Motion可对许多变 量进行精确的测量，包括 位置、加速度、速度、反 应时间、跳跃高度和长度、 臀部和肩部旋转、角度置 换和分割和全身的质心。 当与肌电图系统和测力台 配合使用时，实际上可测 到任何物理和生理参数。



1895年，Roax研究了人骨的形状、构造，提出松 质骨结构符合最优结构原理的见解，提出骨结松 的功能适应性原则。 功能适应性原则：骨骼进化的趋向总是以用最轻 的重量承受最大的外部作用的方式发展。 Otto Frank通过研究循环系统流体动力学理论， 给出了血液流量与时间的关系的计算方法，并沿 用至今。 Jean Louis Poiseuille，确立黏性流体定常流公式。 Ernest Henry Sarling，建立传质定律。
关于骨的一些基本的概念
应力和应变： 应力与应变是描述骨骼受 力后的内部效应，当外力 作用于骨时，骨以形变来 产生内部的阻抗来抗衡外 力，即是骨产生的应力， 应力的大小是作用于骨横 截面上的外力与骨横截面 面积之比，单位为 Pascal(Pa=N/m2)，即牛 顿/平方米。
压缩 当外力将一个物体朝两个 相同的方向在推时 压力将分子推向其它的分 子。如果太多的分子被挤 在一起, 那么分子就会开 始向外移动，从而导致横 梁凸出。如果突出部分变 得太大，横梁就会向外爆 开，使横梁断裂。（气球 是一个很好的压缩的例子。 当你将空气吹进气球，额 外的空气压力会压缩分子， 使气球膨胀）。

杨氏模量以英国科学家托马斯· 杨命名。 杨氏模量取决于材料的组成。举例来说，大部分 金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应 用，其杨氏模量值会有5％或者更大的波动。 很多材料的杨氏模量值非常接近。

3.切变模量 4.体积模量

总结： 三种模量都是反映材料在受到应力时对所应生应 变的抵抗力强弱的物理量，所以弹性模量也称为 该材料的刚度。 应力-应变曲线中，弹性区的直线斜率代表的就是 弹性模量，即刚度。 外力作了功，特体将能量转变为形变势能储存在 内部，物体在被破坏前所储存的能量可以用应力应变关系曲线下面的面积来表示。 弹性区，储存的能量可完全释放。塑性区，不能 完全释放。有一部成为变形的材料的形变势能。
力学基础知识
目的要求 掌握：应力、应变、弹性模量、材料的黏弹性等 概念，物体受力分析的方法和物体平衡的条件等 内容。 熟悉：力的概念、特点、分类；黏弹性材料的迟 滞、蠕变、预调；质点和刚体的概念；物体运动 的分类；杠杆的相关知识；牛顿第一、二、三定 律。 了解：人体各组织生物力学性质与力学基础的关 系。
历史渊源
生物力学的历史（发现时期）
古希腊是最早的生物力学启蒙地点。 早期生物力学应用于大部分手工工具和武器的创 造和使用。

生物力学的历史（分析时期）




17世纪，William Harvey，推理形成血液循环的 论断。 1661年Malpighi，首次在显微镜下观察到微循环 的存在，从而证实了Harvey的推论。 Stephen Hales，首次测量了马的血压，探计了血 压与失血的关系，提出了心肌力和主动脉 的膨胀 特征，认为外周阻力主要来自微血管系统。 19世纪，Herrmann Von Holmholtz对人类视觉和 听觉系统的工作机制进行了开创式的研究。 Diederik Johannes Korteweg和Horace Lamb对血 管中波的传播理论进行了研究。

通过对人体运动的实时捕 捉测量，取得人体各关节 点的三维运动轨迹数据。 以三维运动轨迹数据为基 础，可以容易地得到人体 关节点的位移、速度、加 速度等运动信息。通过对 运动数据的处理和分析， 广泛应用与人体运动技术 诊断，步态分析以及相关 动物的生物力学研究。
我国生物力学研究 起步较晚。 1963年，尚天裕经理论力学与材料力学研究后， 对小夹板的材质、规格做了规定，对捆扎布带定 理化，固定机制理论化。 目前许多高等院校开设了生物力学课程，并培养 有关方面的研究生。
宋应星（1587～1644（？））的《天工开物》是 明代农业和手工业生产技术的百科全书，在卷十 五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法： “凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦 满之时，推移秤锤所压，则知多少”，方法十分 巧妙。 该书在我国失传300年，于1926年才由日本找回 翻印本。

研究内容和方法
生物力学的研究内容：与生理学、医学有关的力 学问题，非常广泛。 分类：按传统力学分类：生物固体力学、生物流 体力学和运动生物力学等。

分支学科： 1.组织与器官力学：包括骨力学、软组织力学、 肺力学、心脏力学、子宫力学、口腔力学、颅脑 力学等。 2.血流动力学：包括血液流变学、动脉中的脉动 流、心脏动力学和微循环力学等。 3.生物热力学：包括生物传质传热理论、应用生 物控制理论以及药物动力学等。
弹性模量 1.材料的弹性和塑料 不同的材料有不同的应力-应变曲线，曲线包括：弹性区、 塑性区 1）0-A点，载荷和变形之间存在的是线性关系，应力-应变 曲线为直线，成正比关系。撤去外力时材料会恢复到时原 形。 2）A点对应的应力是应力-应变关系呈正比的最大应力， 为正比极限。 3）A点到B点：应力和应变不再成正比关系，但撤去外力 材料仍能恢复原的大小和形状。 4）B点对应的应力是材料处于弹性区的最大应力，为弹性 极限。 5）B-C点，是非线性，材料会发生永久性变形，是材料的 塑性区。 6）C点，屈服区的末端，断裂点。
应力和应变 1.正应力和应变 1）物体受到拉力或压力时其长度会有变化。 2）正应力：垂直作用在物体面积为S某截面的单 位面积上的内力为物体在该截面处所受的正应力。 3）物体受拉力作用时是张应力，受压力作用时是 压应力 4）相关公式：欧拉正应力、拉格朗日定义。针对 截面面积有无改变而定。 5）物体受张应力的作用而伸长，此时的应变为张 应变；物体受压应力的作用而缩短，此时的应变 为压应变。

生物力学研究进展
生命科学的进步是主要推动力 精细化、定量化、模型化、数学化

常用设备

生物力学试验机用于各种 金属、非金属、复合材料 及生物材料的拉伸、压缩、 弯曲、扭转等力学性能测 试和分析研究，可根据国 家标准及ISO、JIS、ASTM、 DIN等标准进行试验和提 供数据，自动绘制各种试 验曲线，自动打印试验报 告及试验曲线，

中医的生物力学研究 中医小夹板、脉象仪、推拿测定仪等。 在骨髂力学、脉博学、无损检测、推拿、气功、 生物软组织研究领域。
研究方法： 1.解剖学方法确定所研究的对象结构的几何特征， 给定本构关系。 2.根据器官或系统的工作情况，建立合理的力学模 型，相应的微分和或微分-积分方程。 3.给出该方程的解析解或数值解或近似解等。 4.建立相应的实验方案，选择做生理实验及实验室 在体实验。 5.反复对比修正，以期得到临床应用。
力学基本概念
力的概念
力：是一个物体对另一物体的作用。 力的特点：力的大小、力的方向、力的作用点。 力的效应： 改变物体运动状态（运动效应，外效应） 使物体的大小和形状发生改变（变形效应，内效应）

力的分类： 1.万有引力： 1）对于大质量的物体意义大 2）重力与重量的区别：重量是物体施加于其他物 体的的力，而重力是物体本身所受的地球引力。 3）人体重心：人体所受重力的合力作用点。位于 身体正中面上第三骶椎上缘前方7CM处，大约在 身高的55-56%。人体重心移动取决于身体的移动。
分析： 屈服点和断裂点对应的应变范围大，说明材料能 发生较大的塑性形变，具有延展性，为塑性材料， 反之材料具有脆性。 问题： 举例塑形材料和脆性材料。
2.弹性模量 弹性模量也称为杨氏模量 胡克定律：在材料弹性极限范围内，材料的应和 应力是正比关系。 不同固体的杨氏模数约值材料 橡胶（微小应变）0.01-0.11 低密度聚乙烯0.2 尼龙2-4 橡木（颗粒表面） 钛 (Ti)105-120 合金与钢190-210 钻石1,050-1,200
骨伤科生物力学
概论
WHO?
问题
要学习生物力学？ 生物力学学什么？ 怎么学生物力学？

目的要求 掌握：生物力学的概念。 熟悉：生物力学的研究内容和方法。 了解：生物力学的历史渊源和研究进展。
概念
生物力学 是研究生物的结构、功能、发生和发展的规律以 及生物与周围环境的关系等的科学。 是力学、生物学、医学等学科之间相互渗透的边 缘学科。 通过生物学与力学原理方法的有机结合，认识生 命过程的规律；解决健康领域的科学问题。
冯元祯教授 开创了生物力学研究领域，建立了肺的力学模型， 奠定了肺力学、呼吸力学基础，生物组织的生长 与应力的关系的模型。 1978年，来华讲学，使我国力学和医学工作者耳 目一新，随之全国力学规划会议将生物力学列入 发展规划。

生物力学的历史（应用时期）
自60年代开始，生物力学方面研究细分为不同领 域，大致可分为骨科矫正、肿瘤处置和康复科学 等。 Inman、Eberhart对于假肢的设计、分析和安装进 行研究，使生物力学进行实践应用的阶段。 随着医学专家和工程师和材料科学家的合作，用 稀有金属制造关节置换假体和对特殊生物置入材 料的研究开始萌芽。

2.接触力： 物体因接接触变形而产生的相互作用力。 物体接触时，在接触部位会产生变形，而变形的 物体在一定限度内总是企图恢复原状，而产生力。 ？？只接触不变形可能吗？？ 3.弹性力： 最典型的弹性力是弹簧的弹性力。