生物力學(xué)生物力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)演示文稿

生物力學(xué)生物力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有70頁\編輯于星期三（優(yōu)選）生物力學(xué)生物力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是2頁\一共有70頁\編輯于星期三2.力的作用效應(yīng)：內(nèi)效應(yīng)（變形效應(yīng)）外效應(yīng)（運動效應(yīng)）（平動、轉(zhuǎn)動、復(fù)合運動）涉及到的概念：牛頓第一定律——力的定性定義牛頓第二定律——力的定量定義胡克定律——力與變形的關(guān)系現(xiàn)在是3頁\一共有70頁\編輯于星期三3.力的三要素：三角形、平行四邊形、多邊形法則大小、方向、作用點例如：股骨干骨折施行股骨髁上牽引復(fù)位時間上的差異、成角和橫向移位畸形、成角畸形力的合成與分解法則：

應(yīng)用：二維投影*三維二次投影三維投影現(xiàn)在是4頁\一共有70頁\編輯于星期三運動平面矢狀面額（冠）狀面水平（橫切）面運動軸矢狀軸額狀軸垂直軸現(xiàn)在是5頁\一共有70頁\編輯于星期三肌肉力可分成FmWaG例如：肌肉力的合成與分解以肱二頭肌為例穩(wěn)固分量（沿骨軸線）轉(zhuǎn)動分量（垂直骨軸線）在骨折等治療中有積極的意義在肢體運動中有積極的意義現(xiàn)在是6頁\一共有70頁\編輯于星期三5.力系：二力平衡必要與充分條件是：力系（多力情況）：三力平衡匯交定理：

作用于一個物體上的一群力的集合稱為力系。當(dāng)剛體受三個力作用而平衡時，若其中任何兩力的作用線相交于一點，則其余一力的作用線亦必交于同一點，且三力的作用線在同一平面內(nèi)。這兩個力大小相等、方向相反、沿同一條直線?，F(xiàn)在是7頁\一共有70頁\編輯于星期三力系的分類：共點力系平面共點力系非共點力系空間共點力系平行力系一般力系平面平行力系空間平行力系例如：人在彎腰時作用在脊柱上的力跳高時作用在足上的力定滑輪轉(zhuǎn)動時力的作用現(xiàn)在是8頁\一共有70頁\編輯于星期三*6.約束和約束反力：自由體：可以在空間作任意運動的物體。非自由體：由于受到周圍物體的限制（或阻礙）而不能作任意運動的物體。約束：事先對物體的運動所加的限制條件。約束反力：（阻力）主動力：（動力）約束作用于非自由體的力。（簡稱：約束力）除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體運動或有運動趨勢的力?，F(xiàn)在是9頁\一共有70頁\編輯于星期三三、作用于人體內(nèi)外的力人體或人體局部受力分析：

（抓住主要矛盾，分離次要矛盾）②受力分析圖——將分離體所受的主動力和約束力以力的矢量形式表示在分離體上所得到的圖形。①分離體——把研究對象解除約束，從周圍物體中分離出來，畫出簡圖。先畫主動力，明確研究對象所受周圍的約束，進一步明確約束類型，再畫約束反力；必要時需用二力平衡共線、三力平衡匯交等條件確定某些約束反力的指向或作用線的方位?，F(xiàn)在是10頁\一共有70頁\編輯于星期三我們多次察覺作用于自己身體的力我們常常忽略作用于體內(nèi)諸力的重要性我們多數(shù)不知微觀結(jié)構(gòu)上力的作用現(xiàn)在是11頁\一共有70頁\編輯于星期三內(nèi)力：（按力的宏觀、微觀分）內(nèi)力外力外力：人體內(nèi)部各個部分互相作用的力（肌力、韌帶張力、軟骨應(yīng)力、骨應(yīng)力）重力；摩擦力；彈性力；器械的其他阻力；支撐反作用力；流體作用力現(xiàn)在是12頁\一共有70頁\編輯于星期三（按力的性質(zhì)分）1、第一基本力：機械力①萬有引力：②接觸力：③摩擦力：④肌肉力：現(xiàn)在是13頁\一共有70頁\編輯于星期三肌力定律解剖橫斷面：生理橫截面積肌力系數(shù)肌力生理橫斷面：與肌肉所有纖維垂直的斷面與肌肉縱軸垂直的斷面現(xiàn)在是14頁\一共有70頁\編輯于星期三①性別：②人種：③后天因素：肌力系數(shù)：建議取美國莫利斯的肌力系數(shù)值：德國生理學(xué)家艾克：588~980KPa美國克羅莫：343KPa前蘇聯(lián)童克福：980KPa中國程國杰：588~686KPa美國莫利斯：710~920KPa現(xiàn)在是15頁\一共有70頁\編輯于星期三①與肌纖維解剖條件的關(guān)系：②與肌纖維力學(xué)條件的關(guān)系（略）③與肌纖維生理條件的關(guān)系（略）比較梭形肌、扇形肌、羽狀肌、半羽狀肌的肌力大小及靈活性?，F(xiàn)在是16頁\一共有70頁\編輯于星期三2、第二基本力：電力①電場力：②磁場力：3、第三基本力：核力超短距離力現(xiàn)在是17頁\一共有70頁\編輯于星期三四、作用于人體的力鉅力矩的表達式：2.力矩的三要素：大小、方向、作用面大?。悍较颍河沂致菪▌t現(xiàn)在是18頁\一共有70頁\編輯于星期三第二節(jié)剛體生物靜力學(xué)骨骼幾何形狀的準(zhǔn)確解剖學(xué)數(shù)據(jù)肌肉連接的準(zhǔn)確位置和角度靜力平衡定律確定醫(yī)療器械所受的作用力計算人體肌肉力、骨骼力、關(guān)節(jié)力臨床上的癥狀矯形裝置的功能、原理及應(yīng)用改進醫(yī)療方法現(xiàn)行醫(yī)療方法現(xiàn)在是19頁\一共有70頁\編輯于星期三一、平衡條件：1、2、（可分解）（定轉(zhuǎn)軸）例題1：（作業(yè)一）靠在墻上的木板已知地面與墻的摩擦系數(shù)分別為，使木板不下滑的角度?，F(xiàn)在是20頁\一共有70頁\編輯于星期三靜力學(xué)問題例題2：右圖的牽引裝置是用來施加一軸向力給折斷的股骨(femur)。設(shè)病患之體重70kg，若要維持小腿平衡狀態(tài)，懸吊重量T應(yīng)為多少？試計算在上述條件下施加給大腿的平均張力F是多少？

現(xiàn)在是21頁\一共有70頁\編輯于星期三解：假設(shè)滑輪無摩擦，則纜線在各處的張力T為相同。根據(jù)力平衡公式：

(一般人之小腿與足部之重量為體重之0.061。設(shè)病患之體重70kg，則

m=0.061×70=4.27kg=>mg=41.85N)現(xiàn)在是22頁\一共有70頁\編輯于星期三

例題3：某人重75kg，手握重5kg的球，而手肘呈90°。二頭肌(bicep)須出力多少以維持前臂平衡？前臂施加多少力于肱骨(humerus)？

現(xiàn)在是23頁\一共有70頁\編輯于星期三解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的0.022，故m=0.022*75=1.65kg,臂重心位于rOP=0.31m處。對于肘之支點O，其和力矩為零∴手肘的垂直力為FA=472.6N而根據(jù)力平衡式，∴二頭肌施力為FB=556.7N

∴手肘的水平力為FC=144.1N

故前臂的施力為現(xiàn)在是24頁\一共有70頁\編輯于星期三解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的0.022，故m=0.022*75=1.65kg,臂重心位于rOP=0.31m處。對于肘之支點O，其力矩之和

ΣM=-rOE×(-FA)+rOB×(-5*9.8j)+rOP×(-1.65*9.8j)=0

=>0.05FAk-18.62k-5.01k=0

∴手肘的垂直力為FA=472.6N

而根據(jù)力平衡式，

ΣF=FCi-FAj+FB(-cos75oi+sin75oj)-49j-16.17j=0

=>FC-0.259FB=0and-537.77+0.966FB=0

∴二頭肌施力為FB=556.7N

∴手肘的水平力為FC=144.1N

故前臂的施力為F=FCi-FAj=144.1i-472.6j

(N)

現(xiàn)在是25頁\一共有70頁\編輯于星期三二、人體的杠桿作用：桿：FmWaG骨骼系統(tǒng)關(guān)節(jié)（單軸雙軸多軸）肌力（動力）支點：力：外力（阻力）現(xiàn)在是26頁\一共有70頁\編輯于星期三單軸關(guān)節(jié)：滑車關(guān)節(jié)（指間、膝關(guān)節(jié)）圓柱關(guān)節(jié)（尺橈關(guān)節(jié)）雙軸關(guān)節(jié)：橢圓關(guān)節(jié)（腕、掌指關(guān)節(jié)）鞍狀關(guān)節(jié)（踝關(guān)節(jié)）三軸關(guān)節(jié)：球窩關(guān)節(jié)（肩、髖）平面關(guān)節(jié)（肩鎖關(guān)節(jié)）現(xiàn)在是27頁\一共有70頁\編輯于星期三現(xiàn)在是28頁\一共有70頁\編輯于星期三1、三種杠桿：（1）第一類杠桿：WhFmJ

例如.頭部杠桿定義特點例子WhFmJ31FmWhJ31平衡杠桿現(xiàn)在是29頁\一共有70頁\編輯于星期三

例如.足部杠桿（2）第二類杠桿：定義特點例子省力杠桿現(xiàn)在是30頁\一共有70頁\編輯于星期三

例如.臂部杠桿FmWaG（3）第三類杠桿：定義特點例子速度杠桿(費力杠桿）現(xiàn)在是31頁\一共有70頁\編輯于星期三G=10NWa=30NFm15030cm30cm3cmT現(xiàn)在是32頁\一共有70頁\編輯于星期三省力費力現(xiàn)在是33頁\一共有70頁\編輯于星期三平衡杠桿省力杠桿速度桿桿現(xiàn)在是34頁\一共有70頁\編輯于星期三現(xiàn)在是35頁\一共有70頁\編輯于星期三*省力杠桿在康復(fù)中的作用可負較大重量加強肌肉保護(用小的動力克服大的阻力）現(xiàn)在是36頁\一共有70頁\編輯于星期三*費力杠桿在康復(fù)治療中的作用訓(xùn)練肌力：通過調(diào)整阻力臂距離，增加或減少負荷重量。例：股四頭肌漸進抗阻獲得速度：可通過增加阻力臂，減少動力臂進行，雖然費力，但力點稍移動，即可加大阻力點移動的速度和范圍。(用大的動力克服小的阻力）(用小的動力點位移得到大的阻力點位移）現(xiàn)在是37頁\一共有70頁\編輯于星期三2、拉角和阻角的影響：（2）阻角的影響：（阻力與桿的小夾角）（1）拉角的影響:（動力與桿的小夾角）①在相等的收縮下：拉角越小引起的旋轉(zhuǎn)越大；

拉角越大引起的旋轉(zhuǎn)越小。②在阻力不變的情況下：拉角越小轉(zhuǎn)動分量越小——要用的力越大

拉角越大穩(wěn)固分量越大——避免脫臼阻角越大拉力越大現(xiàn)在是38頁\一共有70頁\編輯于星期三拉角和肌肉收縮關(guān)系圖肌肉收縮：每次收縮全長的八分之一現(xiàn)在是39頁\一共有70頁\編輯于星期三3、作用于髖關(guān)節(jié)的力：（1）股骨與髖骨的基本結(jié)構(gòu)：①髖骨：②股骨：③髖關(guān)節(jié)：髂骨坐骨恥骨——髖臼頭、頸、大轉(zhuǎn)子、髁（內(nèi)、外側(cè)髁）、骨端髖臼、股骨頭現(xiàn)在是40頁\一共有70頁\編輯于星期三現(xiàn)在是41頁\一共有70頁\編輯于星期三髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造（外部）現(xiàn)在是42頁\一共有70頁\編輯于星期三髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造（內(nèi)部）現(xiàn)在是43頁\一共有70頁\編輯于星期三髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造（骨端）關(guān)節(jié)腔隙CE角垂直線水平線AC角前傾角骨小梁骨端線現(xiàn)在是44頁\一共有70頁\編輯于星期三（2）計算作用于股骨頭上的力R和外展肌力F在單腿站立的狀態(tài)下：②英曼數(shù)據(jù)：①外展肌群：臀大肌、臀中肌、臀小肌梨狀肌、閉孔內(nèi)外肌、股方肌闊筋膜張肌1英尺=0.3048米1英尺=12英寸現(xiàn)在是45頁\一共有70頁\編輯于星期三使腿外展的肌群（肌肉）臀大肌:臀大肌起于髂翼外面，骶尾骨后面，止于股骨臀肌粗隆，一部分到髂脛束臀中肌:臀中肌起于髂翼外面和臀筋膜，止于股骨大轉(zhuǎn)子臀小肌:臀小肌起于髂翼外面，止于股骨大轉(zhuǎn)子前線闊筋膜張肌:闊筋膜張肌起于髂前上棘及其后側(cè)的髂嵴，移行于髂脛束達脛骨上端現(xiàn)在是46頁\一共有70頁\編輯于星期三股骨FNWLN=WFmWL=1/7W7008cm3cm7cmR髖關(guān)節(jié)現(xiàn)在是47頁\一共有70頁\編輯于星期三（3）臨床聯(lián)系：①鎮(zhèn)痛步態(tài)：②外反骨：③骨端分離：④缺血性壞死：當(dāng)外展肌麻痹或弱或損傷時；當(dāng)髖關(guān)節(jié)有疾患時；骨端軟骨板向水平面轉(zhuǎn)動骨端與骨連接斷開供血不足現(xiàn)在是48頁\一共有70頁\編輯于星期三（4）康復(fù)治療：以手杖為例若手杖支撐1/6體重FmWLN=5/6W單腳將離開骶骨中心正下方6cm現(xiàn)在是49頁\一共有70頁\編輯于星期三作業(yè)2：彎腰角度：頭和上肢的重量：軀干的重量：（1）只彎腰雙手下垂不提重物求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力R和骶棘所施加的力F骶棘作用點分軀干：骶棘作用線與軀干夾角：現(xiàn)在是50頁\一共有70頁\編輯于星期三作業(yè)2：彎腰角度：頭和上肢的重量：軀干的重量：（2）只彎腰雙手下垂提重物（0.2W)求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力R和骶棘所施加的力F骶棘作用點分軀干：骶棘作用線與軀干夾角：現(xiàn)在是51頁\一共有70頁\編輯于星期三附加問：①椎間盤脫出、突出的臨床表現(xiàn)是什么？②內(nèi)突和外突的臨床表現(xiàn)有什么不同？③為避免脫出、突出手提重物時應(yīng)如何做？④康復(fù)方案？現(xiàn)在是52頁\一共有70頁\編輯于星期三人體髖關(guān)節(jié)運動生物力學(xué)模型研究

介紹天津中醫(yī)藥大學(xué)生物力學(xué)實驗室現(xiàn)在是53頁\一共有70頁\編輯于星期三第一方面：選題的科學(xué)依據(jù)

1、課題所屬研究領(lǐng)域2、課題的理論意義和應(yīng)用價值3、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢

現(xiàn)在是54頁\一共有70頁\編輯于星期三1、課題所屬研究領(lǐng)域a：人體髖關(guān)節(jié)運動生物力學(xué)模型研究屬于運動生物力學(xué)（Biomechanics）的研究范疇。b：運動生物力學(xué)是一門主要研究運動中人體機械運動規(guī)律的科學(xué)。C：運動生物力學(xué)的研究最終目的現(xiàn)在是55頁\一共有70頁\編輯于星期三2、課題的理論意義和應(yīng)用價值a、髖關(guān)節(jié)重要性

現(xiàn)在是56頁\一共有70頁\編輯于星期三b、體育運動學(xué)方面為評價運動員動作技術(shù)的合理性，設(shè)計新的體育訓(xùn)練手段，改善技術(shù)動作，提高體育成績提供理論依據(jù)

C、骨科臨床醫(yī)學(xué)方面近20年來，不論是作為生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論研究，還是作為骨科臨床上的應(yīng)用研究，髖關(guān)節(jié)都是非常受重視的環(huán)節(jié)，因為不管是對人工髖關(guān)節(jié)生物材料的研究，還是骨科臨床上的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的開展，都必須充分了解髖關(guān)節(jié)的力學(xué)性能總結(jié)：希望通過本次研究能夠為以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。現(xiàn)在是57頁\一共有70頁\編輯于星期三3、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢a、國外研究概況（Kane、Hazte）多體建模：Kane（美國）人體仿真：Hazte（南非）近幾年的研究：Miller(4剛體模型),Hazte(11剛體模型)等b、國內(nèi)研究概況

1980年12月成立了中國運動生物力學(xué)協(xié)會近幾年來的研究成果：中國人體尺寸、人體器官密度、，人體環(huán)節(jié)的慣性參數(shù)和回歸方程的測定等現(xiàn)在是58頁\一共有70頁\編輯于星期三第二方面：課題的具體實施

1、技術(shù)路線

2、研究措施

3、進度計劃髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造髖關(guān)節(jié)的建模原理與步驟進度計劃現(xiàn)在是59頁\一共有70頁\編輯于星期三

髖關(guān)節(jié)建模的原理與步驟從運動學(xué)和動力學(xué)兩方面通過多體的研究方法進行建模：第一：確定髖關(guān)節(jié)模型的組成部分第二：取得描述髖關(guān)節(jié)模型的各種數(shù)據(jù)第三：確定全局坐標(biāo)系，組裝模型，并使各部件的局部坐標(biāo)簡化第四：對模型進行校核，消除尺寸誤差，限定關(guān)節(jié)的運動范圍第五：添加約束和運動，將其應(yīng)用于具體問題現(xiàn)在是60頁\一共有70頁\編輯于星期三進度計劃（2002.9-2004.6）課題相關(guān)文獻查閱：3個月髖關(guān)節(jié)生理學(xué)特性學(xué)習(xí)、運動生物力學(xué)的深化、多體知識的鞏固：3個月左右髖關(guān)節(jié)的幾何建模：2個月左右髖關(guān)節(jié)的運動學(xué)建模：3個月左右髖關(guān)節(jié)模型運動仿真與控制：3個月左右通過典型運動計算校核模型：3個月左右現(xiàn)在是61頁\一共有70頁\編輯于星期三第三方面：

課題預(yù)期達到的成果和水平

希望通過多體系統(tǒng)動力學(xué)，運動生物力學(xué)與控制學(xué)建立起較為精確的髖關(guān)節(jié)力學(xué)仿真模型，能夠通過該模型分析髖關(guān)節(jié)運動的變化原理和規(guī)律，揭示髖關(guān)節(jié)的力學(xué)運動特性，準(zhǔn)確模擬髖關(guān)節(jié)在運動時的肌肉骨骼狀態(tài)。并希望能夠為以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型?，F(xiàn)在是62頁\一共有70頁\編輯于星期三髕骨受力髕韌帶骨直肌骨中間肌骨內(nèi)側(cè)肌骨外側(cè)肌屈膝300F=W600900屈膝>900F=4WF=6WF=8W4、作用于膝關(guān)節(jié)的力（自學(xué)）現(xiàn)在是63頁\一共有70頁\編輯于星期三三、人體的平衡平衡基本狀態(tài)：人體平衡：人體保持某一姿態(tài)的穩(wěn)定性或動態(tài)中的控制能力。靜止或勻速直線運動狀態(tài)現(xiàn)在是64頁\一共有70頁\編輯于星期三1、關(guān)鍵在于重心（1）人體的重心：從解剖學(xué)角度看：左右基本對稱（正中偏右）。當(dāng)人體自然站立時，總重心的位置一般在身體正中面上第三骶椎上緣前方7cm偏右處（2）人體重心位置：地球?qū)θ梭w各部分引力合力的作用點。如：現(xiàn)在是65頁\一共有70頁\編輯于星期三(3)人體重心的變化特點：

男子的重心高度約為身高的56%，女子的重心高度約為身高的55%①重心通常會隨著消化、呼吸、血液循環(huán)等生理過程的進行而變化②重心通常會隨著姿勢的變化而變化③重心通常會隨著年齡、性別、身體結(jié)構(gòu)、后天狀況等特點而變化幾何形狀固定的物體，不管他怎樣運動，其重心相對于自身的位置是不變的。成人與兒童男子與女子體操與足球運動員現(xiàn)在是66頁\一共有70頁\編輯于星期三(4)人體重心測量方法①

重心板（一維或二維）實測