口腔修复生物力学基础讲稿.ppt
《口腔修复生物力学基础讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《口腔修复生物力学基础讲稿.ppt(83页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于口腔修复生物力学基础第一页,讲稿共八十三页哦WHO?第二页,讲稿共八十三页哦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。第三页,讲稿共八十三页哦分支学科: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。第四页,讲稿共八十三页哦我国生
2、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。第五页,讲稿共八十三页哦力学基础知识第六页,讲稿共八十三页哦目的要求目的要求掌握:应力、应变、弹性模量、材料的黏弹性等概念,熟悉:力的概念、特点、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。第七页,讲稿共八十三页哦力的概念力: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(
3、变形效应,内效应)力学基本概念第八页,讲稿共八十三页哦力的分类: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。第九页,讲稿共八十三页哦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。第十页,讲稿共八十三页哦4.摩擦力当互相接触的物体
4、有相对滑动或相对滑动趋势时,在接触面的切线方向出现了阻止相对滑动的作用力。不仅在固体之间发生,还在固体与液体、固体与气体之间发生,但对速度的依赖关系是不同的。最大静摩擦力的方向与相对滑动趋势相反,与正压力成正比,称为库仑定律。滑动摩擦力与接触面的表面状态有关,也与正压力成正比,且与速度有关,开始时随速度的增加而减小,而后随速度的增加而增大。速度不大时滑动摩擦力小于最大静摩擦力。第十一页,讲稿共八十三页哦5.肌肉力肌肉兴奋收缩产生肌张力,肌肉力简称肌力。第十二页,讲稿共八十三页哦应力和应变人体受力可分为:1.外力:体积力或表面力、永久性载荷或暂时性载荷、静载荷或动载荷。2.内力:组成物体的各部分
5、之间的相互作用力。形变:物体在外力作用下其形状和大小总要发生改变形变的分类:1.弹性形变2.塑性形变(范性)第十三页,讲稿共八十三页哦应力和应变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。第十四页,讲稿共八十三页哦第十五页,讲稿共八十三页哦2.切应力和切应变在长方体的内部任取一个与其底面
6、平行的横截面,由力的传递,截面上下的两部分也互相施加与截面相切的且与F的大小相同的内力,且长方体发生平行移位移,这种变形称为剪切形变(切变)。第十六页,讲稿共八十三页哦3.体应变和体压强对各向同性的物体,在外力作用下,引起它体积发生变化的应力是物体内部各外方向听截面上都有的相同的压应力(体压强)。应变是物体在应力作用下的相对形变。热、电因素也可引起应力和应变。第十七页,讲稿共八十三页哦弹性模量弹性模量1.材料的弹性和塑料材料的弹性和塑料 不同的材料有不同的应力不同的材料有不同的应力-应变曲线,曲线包括:弹性区、塑应变曲线,曲线包括:弹性区、塑性区性区 1)0-e点,载荷和变形之间存在的是线性关
7、系,应力点,载荷和变形之间存在的是线性关系,应力-应变曲线应变曲线为直线,成正比关系。撤去外力时材料会恢复到时原形。为直线,成正比关系。撤去外力时材料会恢复到时原形。2)e点对应的应力是应力点对应的应力是应力-应变关系呈正比的最大应力,为正比应变关系呈正比的最大应力,为正比极限。极限。3)e点到点到b点:应力和应变不再成正比关系点:应力和应变不再成正比关系 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。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-e点,是非线性,材料会发生永久性变形,是材料的塑性区。点,是非线性,材料会发生永久性变形,是材料的塑性区。6)k点,屈服区
8、的末端,断裂点。点,屈服区的末端,断裂点。第十八页,讲稿共八十三页哦第十九页,讲稿共八十三页哦阶段阶段 线弹性阶段线弹性阶段 拉伸初期拉伸初期 应力应力应变曲线为一直线,应变曲线为一直线,此阶段应力最高限称为此阶段应力最高限称为 金属钋材料的比例极限金属钋材料的比例极限e.阶段阶段 屈服阶段屈服阶段 当应力增加至一定值时,应力当应力增加至一定值时,应力应变应变曲线出现水平线段(有微小波动),在此阶段内,应力几曲线出现水平线段(有微小波动),在此阶段内,应力几乎不变,而变形却急剧增长,材料失去抵抗变形的能力,乎不变,而变形却急剧增长,材料失去抵抗变形的能力,这种现象称屈服,相应的应力称为屈服应力
9、或屈服极限,这种现象称屈服,相应的应力称为屈服应力或屈服极限,并用并用s表示。表示。阶段阶段 为强化阶段,经过屈服后,材料又增强了抵抗变为强化阶段,经过屈服后,材料又增强了抵抗变形的能力。强化阶段的最高点所对应的应力,称材料的形的能力。强化阶段的最高点所对应的应力,称材料的强度极限。用强度极限。用b表示,强度极限是材料所能承受的最大表示,强度极限是材料所能承受的最大应力。应力。阶段阶段 为颈缩阶段。当应力增至最大值为颈缩阶段。当应力增至最大值b后,试件的后,试件的某一局部显著收缩,最后在缩颈处断裂。某一局部显著收缩,最后在缩颈处断裂。对低碳钢对低碳钢s与与b为衡量其强度的主要指标。为衡量其强度
10、的主要指标。第二十页,讲稿共八十三页哦分析: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。第二十一页,讲稿共八十三页哦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第二十二页,讲稿共八十三页哦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
11、、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。第二十三页,讲稿共八十三页哦3.切变模量4.体积模量第二十四页,讲稿共八十三页哦总结: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。第二十五页,讲稿共八十三页哦关于骨的一些基本的概念应力和应变:
12、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。第二十六页,讲稿共八十三页哦压缩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)。第二十七页,讲稿共八十三页哦弯曲弯曲当外力使一个物体的一端发生偏转而另
13、外一边仍然保持不变。在发生弯曲的点,在顶上的分子正在被分开,在底部的分子则正在被压缩。如果这些力超过分子结合一起的力,横梁就会断裂。第二十八页,讲稿共八十三页哦拉伸拉伸当外力将物体朝两个相反的方向拉时横梁的拉伸导致横梁的中间变薄。这使分子与分子之间变得很紧密。这也会促使分子结合在一起。如果拉力变得太大,分子键会被破坏,横梁就会被拉断。第二十九页,讲稿共八十三页哦扭曲扭曲(扭矩扭矩)当外力旋转一个物体的一端而另外一端仍然是固定的时候当横梁被扭曲,分子互相之间被拉开。如果分子被分的太开,分子键就会断裂,横梁就会被扯断。(这就像运用在卷绕弹簧上的原则,当你压缩或者拉伸弹簧的时候,弹簧上的钢丝就会被扭
14、曲。)第三十页,讲稿共八十三页哦剪切剪切当外力使一个物体的两部分做平行运动分开时当分子被迫彼此穿越,分子键就会被拉长。如果分子移动的太远,分子键就会断裂,横梁会被切开或者分开。(这就是剪刀剪纸的工作原理。)第三十一页,讲稿共八十三页哦应力-应变曲线:骨的生物力学特性包括骨的材料特性和结构特性。而应力-应变之间的关系通过对骨的应力-应变曲线来表示。分为两个区:即弹性变形区和塑性变形区。弹性区末端点或塑形区初始点称屈服点屈服点,这一点对应的应力是产生骨最大应力的弹性形变,亦称为弹弹性极限性极限。屈服点以后的区称为塑形区塑形区,此时材料已出现结构的损坏和永久变形。第三十二页,讲稿共八十三页哦导致骨折
15、所需的应力叫骨的最大应力骨的最大应力或极限强度极限强度。在应力-应变曲线弹性区的斜率叫弹性模量弹性模量或杨氏模量杨氏模量,表示材料抗形变的能力即硬度。对于一定的材料面言,弹性模量是一个常数,弹性模量越大,产生一定的应变所需的应力越大。第三十三页,讲稿共八十三页哦第三十四页,讲稿共八十三页哦举例说明骨折内固定物材料力学要求:内固定物应具有一定的刚度,也要具有能够保持内固定物完整所需承受的应力水平。其中内植物的空间构型较其材料的强度更重要。(c.p.纯度钛的强度较不锈钢低10%,且对单次外力的抵抗能力较低,但对高频反复作用外力的抵抗能力较强)目前多用高强度合金,如钛合目前多用高强度合金,如钛合金金
16、(如钒如钒)可提高强度,但其生可提高强度,但其生物相容性逊于镍金属。物相容性逊于镍金属。第三十五页,讲稿共八十三页哦 固定桥的基本结构与固定桥的基本结构与一般工程桥梁结一般工程桥梁结构相似构相似,固定桥受力时的变形也与固定梁,固定桥受力时的变形也与固定梁负荷时的反应基本相似。负荷时的反应基本相似。第三十六页,讲稿共八十三页哦一、机械力学分析一、机械力学分析简支梁:简支梁:指一静止于两支点上的直梁。指一静止于两支点上的直梁。挠曲变形挠曲变形:指简支梁承受过大压力,超过材指简支梁承受过大压力,超过材 料的应力极限时,梁从受力点向下料的应力极限时,梁从受力点向下 弯曲,出现两端上翘的变形现象。弯曲,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 口腔 修复 生物力学 基础 讲稿
限制150内