运动器系的生物力学讲稿.ppt

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1、关于运动器系的生物力学第一页，讲稿共六十页哦第一节第一节 材料力学基础材料力学基础人体在日常生活和体育运动中时刻受到外人体在日常生活和体育运动中时刻受到外力的作用，在外力在以下材料具有哪些重力的作用，在外力在以下材料具有哪些重要的性质？要的性质？第二页，讲稿共六十页哦载荷载荷人体在日常生活和体育运动中时刻受人体在日常生活和体育运动中时刻受到外力的作用，包括载荷和约束力，到外力的作用，包括载荷和约束力，载荷就是人体所受外力的一种载荷就是人体所受外力的一种载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转和复合载荷。扭转和复合载荷。第三页，讲稿共六十页哦载荷的几种形式第四

2、页，讲稿共六十页哦应变应变是变形量与原来尺寸的比值是变形量与原来尺寸的比值载载荷下人体发生相应的荷下人体发生相应的应变应变 应变是量度物体形变程度的量，分为应变是量度物体形变程度的量，分为线应变和剪应变。线应变和剪应变。第五页，讲稿共六十页哦应力应力物体在受到外力作用而变形物体在受到外力作用而变形 时，其内部时，其内部各质点间的相互作用力发生变化。这种各质点间的相互作用力发生变化。这种由于外力作用而引起的固体内各质点之由于外力作用而引起的固体内各质点之间相互作用力的改变量，简称为内力。间相互作用力的改变量，简称为内力。单位面积上的内力称为平均应力，当面单位面积上的内力称为平均应力，当面积趋近于

3、积趋近于0时平均应力的极限称为应力。时平均应力的极限称为应力。应力分为垂直于截面的法向分力和沿着截应力分为垂直于截面的法向分力和沿着截面方向的切向分力。面方向的切向分力。第六页，讲稿共六十页哦应力应变曲线应力应变曲线应力应力-应变曲线是描述材料力学性质的曲线。应变曲线是描述材料力学性质的曲线。它反映它反映了材料在加载过程中了材料在加载过程中受力受力和和变形变形之间的关系。之间的关系。为了确定一种材料的力学性能，通常将该材料制作为了确定一种材料的力学性能，通常将该材料制作成一定的形状成一定的形状称为称为“试件试件”，将此，将此“试件试件”在在专门的仪器上施加载荷，直至破坏。在加载过程专门的仪器上

4、施加载荷，直至破坏。在加载过程中连续记录载荷和应变，绘制成曲线，纵坐标代中连续记录载荷和应变，绘制成曲线，纵坐标代表应力（载荷），横坐标代表应变（变形），这表应力（载荷），横坐标代表应变（变形），这就是应力就是应力-应变曲线。应变曲线。第七页，讲稿共六十页哦应力应变曲线模式图第八页，讲稿共六十页哦应力应变曲线阶段划分（一一）弹弹性性阶阶段段：（AB）卸卸载载后后变变形形能能完完全全恢复，为弹性变形。恢复，为弹性变形。应应力力超超过过弹弹性性极极限限后后，若若除除去去外外力力，将将留留有有残残余变形。余变形。（二二）屈屈服服阶阶段段：（BC）：曲曲线线的的坡坡度度逐逐渐渐减小，即材料对于变形的抵

5、抗力逐渐减弱。减小，即材料对于变形的抵抗力逐渐减弱。材料的屈服：变形继续增长而应力并不增加材料的屈服：变形继续增长而应力并不增加 残残余余变变形形（塑塑性性变变形形）：如如果果材材料料达达到到屈屈服服，卸载之后就不再回复到原状。卸载之后就不再回复到原状。第九页，讲稿共六十页哦强度强度 结构破坏前所能承受的变形；结构破结构破坏前所能承受的变形；结构破坏前所能承受的载荷坏前所能承受的载荷；结构在破坏前所能；结构在破坏前所能贮存的能量；贮存的能量；在应力应变曲线上用极限断裂点来表示由载在应力应变曲线上用极限断裂点来表示由载荷和变形所表达的强度；整个曲线下方的荷和变形所表达的强度；整个曲线下方的面积表

6、示由贮存能量所表达的强度；面积表示由贮存能量所表达的强度；刚度刚度 弹性范围内曲线的斜率表示结构的刚弹性范围内曲线的斜率表示结构的刚度。度。第十页，讲稿共六十页哦粘弹性材料的三个特点：粘弹性材料的三个特点：若应变保持一定，则应力随着时间若应变保持一定，则应力随着时间的增加而下降，称为的增加而下降，称为应力松弛。应力松弛。若应力保持一定，应变随着时间的若应力保持一定，应变随着时间的增加而增大，称为增加而增大，称为蠕变。蠕变。对物体作周期性加载和卸载，加载对物体作周期性加载和卸载，加载和卸载时的应力和卸载时的应力-应变曲线不重合，应变曲线不重合，称为称为滞后。滞后。第十一页，讲稿共六十页哦粘弹性材

7、料的应力应变与时间关系曲线粘弹性材料的应力应变与时间关系曲线第十二页，讲稿共六十页哦2023/4/913第二第二节节 骨的生物力学特性骨的生物力学特性 骨骼系统的作用是保护内脏器官，支持人体，为骨骼肌提供附着部骨骼系统的作用是保护内脏器官，支持人体，为骨骼肌提供附着部位，以利于肌肉工作和人体运动。位，以利于肌肉工作和人体运动。一、骨一、骨组织组织的生物力学特性的生物力学特性（一）骨形（一）骨形态结态结构和物理化学属性构和物理化学属性对对力学特性的影响力学特性的影响 1、骨形、骨形态结态结构的影响构的影响（1）骨分类：分为长、短、扁和不规则）骨分类：分为长、短、扁和不规则4种类型。种类型。第十三

8、页，讲稿共六十页哦（2）骨分布：骨的分布和力学功能是相适应的）骨分布：骨的分布和力学功能是相适应的 长骨分布于四肢，在肌肉的牵拉下，能产生运动。长骨分布于四肢，在肌肉的牵拉下，能产生运动。短骨多是立方形，分布于负重压而运动复杂的部位，短骨多是立方形，分布于负重压而运动复杂的部位，如腕骨和跗骨。如腕骨和跗骨。扁骨呈板状。扁骨呈板状。若干扁骨围成空腔，有保护作用，若干扁骨围成空腔，有保护作用，如颅骨围成颅腔，容纳和保护脑。不规则骨形状不如颅骨围成颅腔，容纳和保护脑。不规则骨形状不规则，如椎骨等规则，如椎骨等。第十四页，讲稿共六十页哦2023/4/915 2、物理化学属性的影响、物理化学属性的影响

9、（1 1）骨具有两种最基本的物理属性。）骨具有两种最基本的物理属性。即硬度和即硬度和弹弹性。性。骨之所以能具有一定的硬度和一定的骨之所以能具有一定的硬度和一定的弹弹性，取性，取决于骨的化学成分。成人枯骨由含有决于骨的化学成分。成人枯骨由含有1 13 3的有机物的有机物(胶原胶原纤维纤维)和和2 23 3的无机物的无机物(主要是主要是钙钙和磷等和磷等)组组成。成。（2 2）有机物使骨具有）有机物使骨具有弹弹性性 无机物无机物则则使骨使骨坚坚硬而脆，它能提高骨的硬而脆，它能提高骨的强强度。骨内的有机物和度。骨内的有机物和无机物的比例，随着年无机物的比例，随着年龄龄和生活条件而异，年和生活条件而异，

10、年龄龄越小，骨内有机物越小，骨内有机物相相对较对较多，因此小儿骨的多，因此小儿骨的弹弹性性较较大，大，较较易易发发生生变变形。老年入骨无机形。老年入骨无机物相物相对对增多而增多而变变得脆弱，得脆弱，较较易易发发生骨折。生骨折。第十五页，讲稿共六十页哦2023/4/916(二二)骨组织的力学特性骨组织的力学特性 1 1各向异性各向异性 骨的骨的结结构构为为中中间间多孔介多孔介质质的的夹层结夹层结构材料。构材料。2 2弹弹性和性和坚坚固性固性 骨骨组织组织中大中大约约有有25253030是水，其余是水，其余7070，7575是无机物是无机物和有机物。有机成分和有机物。有机成分组组成网状成网状结结构

11、，使骨具有构，使骨具有弹弹性。无机成分填性。无机成分填充在有机物的网状充在有机物的网状结结构中，使骨具有构中，使骨具有坚坚固性，能承受各种形式的固性，能承受各种形式的应应力。力。第十六页，讲稿共六十页哦2023/4/917物理性能物理性能钢钢骨骨花岗石花岗石洋松洋松密度密度g.cm-27.7.81 1.871.972 2.60 0.63沿沿纵纵轴轴的的最最高高张张力力强强度度N.cm-24157141571.69114911411 760490490632632.1沿沿纵纵轴轴的的最最高高压压力力强强度度N.cm-241552415521185811858 20 58013 23013 230

12、4 4 155155.2垂垂直直纵纵轴轴的的切切变变强强度度N.cm-23439834398116621166213811381.81 1 038038.8平平行行纵纵轴轴的的切切变变强强度度N.cm-2 494949493骨是人体理想的骨是人体理想的结结构材料构材料 表表2-1 人胫骨与其他材料比较人胫骨与其他材料比较第十七页，讲稿共六十页哦2023/4/9184.4.耐冲耐冲击击力和持力和持续续力差力差 不同不同载载荷作用荷作用时时，若在骨中所引起的，若在骨中所引起的张张力分布一力分布一样样，但效果不，但效果不一一样样，两者相等，两者相等时时，冲，冲击击力在骨中引起的力在骨中引起的变变化化

13、较较大，也就是大，也就是说说，骨，骨对对冲冲击击力的抵抗比力的抵抗比较较小。另一方面，骨的耐持小。另一方面，骨的耐持续续性能比性能比较较差，同其他材差，同其他材料相比，抗疲料相比，抗疲劳劳性能亦差。性能亦差。5 5机械力机械力对对骨骨结结构的影响构的影响 在骨承受在骨承受载载荷的限度内，成人骨荷的限度内，成人骨对对机械力的反机械力的反应应是由是由应应力的力的值值所决所决定的。骨定的。骨对对生理生理应应力刺激的反力刺激的反应应往往往往处处于平衡状于平衡状态态，应应力越大，骨的增力越大，骨的增生和密度增厚越生和密度增厚越强强。第十八页，讲稿共六十页哦2023/4/919 6 6应应力力强强度的方向

14、性度的方向性 骨骨结结构中骨密构中骨密质质和骨松和骨松质质中的密度不同，它中的密度不同，它们们承受承受的力量也就不同。骨密的力量也就不同。骨密质质的的多孔性程度占多孔性程度占5 53030，而骨松而骨松质质却占却占30309090，骨密骨密质质的的刚刚性比骨松性比骨松质质大，大，骨密骨密质质的的变变形形(约约2 2)比骨松比骨松质质的的变变形形(约约7 7)小。小。第十九页，讲稿共六十页哦2023/4/920 二、骨的力学特征二、骨的力学特征 骨由骨密骨由骨密质质与骨松与骨松质组质组成。成。骨密骨密质质是一种由骨是一种由骨单单位、骨位、骨间质间质系系统统和有机的粘和有机的粘弹弹性的性的联联接物

15、接物质质共同共同构成的复合材料。构成的复合材料。骨松骨松质则质则是由是由许许多多针针状和片状的骨小梁相交状和片状的骨小梁相交织织成网格形的蜂成网格形的蜂窝窝状固体。骨松状固体。骨松质质与骨密与骨密质质的的结结构不同，其力学性构不同，其力学性质质也截然不同。也截然不同。第二十页，讲稿共六十页哦2023/4/921（一（一)骨密骨密质质的力学性的力学性质质 1应力一应变关系应力一应变关系 屈服点（B)，即过此点骨就会发生某种持久变形，极限断裂点(C)即过此点标本发生破坏。第二十一页，讲稿共六十页哦2023/4/922 2 2不同不同载载荷作用下骨密荷作用下骨密质质的特性的特性 (1)(1)拉伸拉伸

16、 人在股骨和肱骨的拉伸人在股骨和肱骨的拉伸强强度相近，度相近，约为约为12510125106 6 N Nm m2 2。较较大拉伸大拉伸载载荷的作用下骨会伸荷的作用下骨会伸长长。骨。骨组织组织在拉伸在拉伸载载荷下断裂的机理主荷下断裂的机理主要是要是结结合合线线的分离和骨的分离和骨单单位的脱离。位的脱离。如在跟腱附着点附近的跟骨如在跟腱附着点附近的跟骨骨折，就是由于小腿三骨折，就是由于小腿三头头肌的肌的强强力收力收缩对缩对跟骨跟骨产产生异常大的拉生异常大的拉伸伸载载荷引起的。荷引起的。(2)压缩压缩 骨干最经常承受的载荷是压缩载荷，而且压缩负荷能够骨干最经常承受的载荷是压缩载荷，而且压缩负荷能够刺

17、激新生骨的生长，促进骨折的愈合刺激新生骨的生长，促进骨折的愈合。人股骨所能承的最大压缩强度为人股骨所能承的最大压缩强度为170106Nm2,比拉伸强度比拉伸强度大大36左右。左右。第二十二页，讲稿共六十页哦2023/4/923(3)(3)弯曲弯曲 当骨承受弯曲当骨承受弯曲载载荷荷时时，骨要同，骨要同时时受到拉伸和受到拉伸和压缩压缩，而且骨有一，而且骨有一中性中性轴轴，在中性，在中性轴轴的凹的凹侧侧的骨受的骨受压缩应压缩应力，凸力，凸侧侧受拉伸受拉伸应应力。在中力。在中性性轴轴上没有上没有应应力。力。应应力的大小与至骨干中性力的大小与至骨干中性轴轴的距离成正比距的距离成正比距中性中性轴轴越越远远

18、，应应力越大。力越大。由于骨是不由于骨是不对对称的，所以拉伸称的，所以拉伸应应力与力与压压缩应缩应力可不相等。骨受外力作用而弯曲往往是造成骨力可不相等。骨受外力作用而弯曲往往是造成骨伤伤和骨折的和骨折的原因之一，尤其是冲原因之一，尤其是冲击击弯曲影响更大。弯曲影响更大。第二十三页，讲稿共六十页哦2023/4/924(4)(4)剪切剪切 剪切剪切载载荷作用荷作用时时，载载荷施加方向与骨表面平行或垂直，且在骨内荷施加方向与骨表面平行或垂直，且在骨内部部产产生剪切生剪切应应力和剪力和剪应变应变。骨剪切。骨剪切载载荷荷时时其内部其内部发发生角生角变变形。通形。通过对过对骨骨进进行剪切行剪切实验实验的的

19、结结果表明，果表明，骨密骨密质质的剪切的剪切强强度要大于骨松度要大于骨松质质的剪的剪切切强强度度 。第二十四页，讲稿共六十页哦2023/4/925(5)5)扭扭转转 载载荷加于物体上使其沿荷加于物体上使其沿轴线产轴线产生扭生扭曲曲时时，即形成扭，即形成扭转转。当骨受到扭。当骨受到扭转载转载荷荷时时，骨将沿其，骨将沿其轴线产轴线产生扭曲。当骨生扭曲。当骨发发生生扭扭转时转时，整个骨都有剪，整个骨都有剪应应力分布，且力分布，且剪剪应应力的量力的量值值与其距中性与其距中性轴轴的距离成正的距离成正比，距中比，距中轴轴越越远远，剪，剪应应力越大。力越大。图图2 21111是成人骨密是成人骨密质试样压缩质

20、试样压缩、拉伸和、拉伸和剪切剪切试验时试验时的极限的极限应应力比力比较较。第二十五页，讲稿共六十页哦2023/4/926(6)6)复合复合载载荷荷 物体同物体同时时受到多种受到多种载载荷的作荷的作用。活体骨承受用。活体骨承受载载荷是很复荷是很复杂杂的，的，多属于复合多属于复合载载荷。在人的日常生荷。在人的日常生活和体育运活和体育运动动中，骨干上的中，骨干上的载载状状况并非是况并非是单单一的一的载载荷，作用在体荷，作用在体内骨的内骨的载载荷是复荷是复杂杂多多变变的，往往的，往往是多种是多种载载荷的复合。例如，人体荷的复合。例如，人体髋髋关关节节的股骨的股骨颈颈断裂断裂时时，它是，它是压压、弯、剪

21、切力弯、剪切力3 3种种载载荷的复合。荷的复合。第二十六页，讲稿共六十页哦2023/4/927（7）冲击载荷 骨在冲骨在冲击载击载荷作用下荷作用下产产生生损伤损伤的程度和的程度和损伤损伤的形式，一方面取的形式，一方面取决于冲决于冲击载击载荷具有的能量大小，另一方面荷具有的能量大小，另一方面还还取决于冲取决于冲击载击载荷作用的荷作用的时间时间，冲，冲击击能力越大造成的骨能力越大造成的骨损伤损伤越越厉厉害。骨承受冲害。骨承受冲击击能力的大小能力的大小与骨的与骨的结结构关系密切。有人构关系密切。有人进进行骷行骷实验实验比比较较，发现头颅发现头颅骨耐冲骨耐冲击击能能力要比力要比长长骨高骨高4040左右

22、，其原因一方面在于左右，其原因一方面在于颅颅骨骨为为扁骨，内外表面扁骨，内外表面是密是密质质骨骨板，中骨骨板，中间间一一层层海海绵绵骨具有吸收冲骨具有吸收冲击击能的作用；另一方面能的作用；另一方面颅颅骨呈薄壳状骨呈薄壳状结结构，具有良好的承受外部构，具有良好的承受外部载载荷的能力。荷的能力。第二十七页，讲稿共六十页哦2023/4/9283 3骨密骨密质质的力学性的力学性质质与年与年龄龄、性、性别别的关系的关系 骨密骨密质质的年的年龄龄与性与性别别特征在骨的生理学、病理学及特征在骨的生理学、病理学及临临床研究中具有床研究中具有重要的意重要的意义义。虽虽然骨平均密度男性与女性没有然骨平均密度男性与

23、女性没有显显著性差异著性差异(表表2 22)2)，但在，但在骨的生骨的生长过长过程中，骨密程中，骨密质质的密度随年的密度随年龄龄而而变变化化。特。特别别是女性，是女性，在在24248585岁岁范范围围内密度降低内密度降低约约8 8。一般。一般说说，男子骨密，男子骨密质质的抗的抗压缩压缩强强度在度在2626岁岁左右左右时时最低，到最低，到3131岁岁左右最大，然后随年左右最大，然后随年龄龄的增加而逐的增加而逐渐渐下下降。降。男 女 平均值g.cm-2 1.79 1.80 标准差 0.060 0.066 P 0.631表表2-22-2男女男女长长骨骨干平均密度的比骨骨干平均密度的比较较第二十八页，

24、讲稿共六十页哦2023/4/929（二）骨松骨松质质的力学性的力学性质质 人体椎骨、肋骨人体椎骨、肋骨头头和和颅颅颅颅骨上的骨松骨上的骨松质质，发现发现骨松骨松质质的密度与的密度与结结构有构有密切关系。当骨松密切关系。当骨松质质的相的相对对密度密度较较低低时时，骨松，骨松质质的的结结构是构是针针状的网格。状的网格。当相当相对对密度增加，大于密度增加，大于0 02 g2 gcmcm3 3时时，较较多的材料聚集在网格壁多的材料聚集在网格壁上，上，结结构构转变为转变为片状的片状的较较致密的网格。中等相致密的网格。中等相对对密度的骨松密度的骨松质质结结构是构是针针状和片状网格混合而成。状和片状网格混合

25、而成。第二十九页，讲稿共六十页哦2023/4/930在压缩情况下，骨松质的应力一应变曲线(图2一13)与典型的蜂窝状固体的应力应变曲线相似。曲线可分为3个部分，初始的线部分，中部的较平稳阶段和最后的突增阶段。据报道骨松质的抗压缩强度与其密度的平方成正比。当相对密度增加时，骨松质的杨氏模量和抗压强度增加。第三十页，讲稿共六十页哦2023/4/931 三、骨疲三、骨疲劳劳 人在不断运动的过程中，骨会反复受力，当这种反复作用的力超过某一生理限度时会使骨组织受到损伤，这种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳性损伤。所有物质，其载荷和重复作用的关系都能作成一条疲劳曲线。有些物质(如某些金属)，它们的疲劳曲线是渐

26、近的，这说明如果载荷保持低于某一水平的话，不管重复的次数多少，此物质将仍保持完好，对于实验中的骨，曲线不是渐近的，因为骨在经受低载荷重复作用时，可产生疲劳性微骨折。第三十一页，讲稿共六十页哦2023/4/932骨疲劳的特征有 第一，疲劳性骨折或永久性弯曲(塑性形变)；第二，周期性载荷引起的骨折，开始于应力集中点，形成蚌壳式裂纹；第三，疲劳过程如图；第四，重复载荷的 第五，骨的疲劳极限可以通过疲劳试验加以测定，约为3.45 kNcm2。第六，疲劳寿命随载荷增加而减小，随温度升高亦减小，而随密度的增加而增加。第三十二页，讲稿共六十页哦2023/4/933第三节第三节 关节软骨、韧带、肌腱的生物力学

27、特性关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性 一、关一、关节软节软骨的力学特性骨的力学特性 关关节节是人体中重要的骨与骨可是人体中重要的骨与骨可动连动连接，是活接，是活动动杠杆的支点。关杠杆的支点。关节节的作用一是保的作用一是保证证人体的运人体的运动动，二是，二是传递传递力。力。在有滑液的或能自由运在有滑液的或能自由运动动的关的关节节内，被内，被连结连结的骨的末端被的骨的末端被1 15 mm5 mm厚致密无色的厚致密无色的结缔组织结缔组织和关和关节软节软骨所覆盖。骨所覆盖。关关节软节软骨既使力在关骨既使力在关节节中的中的传递变传递变得均匀，又提供了得均匀，又提供了润润滑良好滑良好的关的关节节面，使关

28、面，使关节节能灵活运能灵活运动动而且少受磨而且少受磨损损。一般来一般来说说，关关节软节软骨是一种各向异性、非均匀、粘骨是一种各向异性、非均匀、粘弹弹性、充性、充满满液体的可渗透物液体的可渗透物质质。第三十三页，讲稿共六十页哦2023/4/934(一一)渗透性渗透性第一种液体第一种液体输输送机制是隙送机制是隙闭闭液体可以借助于液体可以借助于组织组织两两边边液体的正液体的正压压力梯度力梯度终过终过多孔的可多孔的可渗透基渗透基质质后后输输送。液体的送。液体的输输送与送与压压力梯度成正比力梯度成正比(图图218 A)；第二种液体；第二种液体输输送机送机制是制是软软骨基骨基质质的形的形变变(图图218

29、B)关关节节软软骨骨是是一一种种粘粘弹弹性性材材料料，但但它它与与众众不不同同的的特特点点在在于于关关节节软软骨骨为为多多孔孔材材料料，组组织织间间隙隙中中充充满满着着液液体体，在在应应力力作作用用下下，液液体体可可在在组组织织中流进流出中流进流出第三十四页，讲稿共六十页哦2023/4/935由于关节软骨对液体的流动有很大的阻力，也就是渗透性能低，所以它的材料性能与载荷的施加和消除速率密切相关。在快速加载与减载的情况下，没有时间让软骨组织将液体挤出(如跳跃时)。软骨组织有点像一种弹性单相物质，加载时立即变形，卸载后又立即复原。但如果缓慢地对软骨组织施加载荷并维持恒定，如长期站立时，随着液体被挤

30、出，组织变形将不断增加。消除载荷后，如果有充分的时间使组织获得足够的液体，组织就可以恢复原来状态。上述材料性能的两种类型是：与时间无关的或称弹性材料特性(可复原)；与时间有关的或称粘弹性材料特性(也面复原)。(二二)关关节软节软骨的材料性能与骨的材料性能与负载负载速度的关系速度的关系第三十五页，讲稿共六十页哦2023/4/936曲曲线线最初的低坡部分是由于施加拉力的方向与胶原蛋白最初的低坡部分是由于施加拉力的方向与胶原蛋白结结构的排构的排列一致。最后，曲列一致。最后，曲线线的陡峭部分代表胶原蛋白本身的拉伸的陡峭部分代表胶原蛋白本身的拉伸刚刚度。度。正常正常成人关成人关节软节软骨的抗骨的抗张张硬

31、度和抗硬度和抗张张强强度，随着离关度，随着离关节节面的距离增面的距离增加而减少。加而减少。这这些些结结果使人果使人们们相信胶原蛋白丰富密集的相信胶原蛋白丰富密集的软软骨表浅骨表浅层对层对软软骨骨组织组织起一种起一种类类似似坚韧坚韧耐磨的保耐磨的保护层护层的作用的作用（三）（三）单轴单轴向向张张力下关力下关节软节软骨的性能骨的性能第三十六页，讲稿共六十页哦2023/4/937 对粘弹性材料进行蠕变实验，可作为一种测定随时间变化的材料反应的方法。瞬时对标本施加固定的载荷并维持到实验结束，在施加载荷的情况下，压缩性变形持续加重，这就是标本的“蠕变”，直至获得一个平稳状态或一个渐进值为止。(四四)关关

32、节软节软骨的蠕骨的蠕变变反反应应第三十七页，讲稿共六十页哦2023/4/938(五五)润润滑作用滑作用 关节软骨相当于滑动轴承的轴瓦，作为滑膜关节中衬垫骨的轴承，在关节活动时防止磨损方面起着非凡的润滑作用。成年人的关节软骨几乎没有再生能力，但能维持几十年的磨损寿命。润滑润滑界面润滑界面润滑液膜润滑液膜润滑是依靠化学吸附于接触固体表面的单层润滑分子来进行。一层较厚的润滑剂膜使两个承载面之间产生较大的间隙，这层液膜内的压力可支持承载面上的负荷。第三十八页，讲稿共六十页哦2023/4/939二、二、(转转新教材新教材)韧带韧带、肌腱、肌腱结结构的生物力构的生物力学特性学特性 韧带韧带和肌腱都由致密和

33、肌腱都由致密结缔组织结缔组织构成，主要含有胶原构成，主要含有胶原纤维纤维、弹弹性性纤维纤维及成及成纤维纤维细细胞。其形胞。其形态态特点是特点是细细胞成分少，胞成分少，纤维纤维成分多，排列成分多，排列紧紧密。所不同的是人体肌腱密。所不同的是人体肌腱和大多数和大多数韧带韧带都是以胶原都是以胶原纤维为纤维为主，只有主，只有项韧带项韧带和黄和黄韧带韧带是以是以弹弹性性纤维为纤维为主。主。(一一)应应力一力一应变应变曲曲线线 在肌腱和在肌腱和韧带韧带中，胶原中，胶原纤维纤维和和弹弹性性纤维纤维的排列不同，以的排列不同，以满满足各种不同的功足各种不同的功能要求。能要求。肌腱中肌腱中纤维纤维几乎完全是平行排

34、列的，几乎完全是平行排列的，这这使它能使它能够够承受很高的拉伸承受很高的拉伸载载荷。荷。韧带韧带中中纤维纤维排列的方向一致性排列的方向一致性较较差，排列情况随差，排列情况随韧带韧带的功能不同而的功能不同而变变化。化。第三十九页，讲稿共六十页哦2023/4/940胶原纤维拉伸曲线胶原纤维拉伸曲线 弹性纤维拉伸曲线弹性纤维拉伸曲线第四十页，讲稿共六十页哦2023/4/9411 1韧带韧带和肌腱的材料力学性和肌腱的材料力学性质质与温度、加与温度、加载载速度、速度、应变应变量等量等试验试验条条件密切相关件密切相关2韧带的强度和刚度受应力大小影响韧带的强度和刚度受应力大小影响：应力增加，韧带的强度和刚度

35、会增加，而应力减少时强度和刚度也减少。体育锻炼可能使人体的韧带的强度和刚度增加，使韧带增粗。(二二)影响影响韧带韧带和肌腱力学特性的因素和肌腱力学特性的因素第四十一页，讲稿共六十页哦2023/4/9424年龄对韧带力学性质的影响年龄对韧带力学性质的影响 3运动训练对韧带力学性质的影响运动训练对韧带力学性质的影响 随年龄增长，前交叉韧带所能承受的最大破坏载荷、能量贮存能力及刚度均下降23倍。第四十二页，讲稿共六十页哦2023/4/9435时间对韧带力学性质的影响时间对韧带力学性质的影响 松弛：如将试件固定在一定变形之下，开始时材料内部有较大的应力，以后随着时间的延长，该应力逐渐减小，这一过程称为

36、松弛。蠕变：如果对试件施加一个不变的载荷，则试件的变形将随着时间的延长而增长，这一过程称为蠕变。第四十三页，讲稿共六十页哦2023/4/944 第四第四节节 人体关人体关节节力学力学 关节是人体运动的枢纽，骨杠杆活动的支点。其基本功能是传递力和保证人体各部分间的灵活运动。因此，研究关节结构及机能的生物力学特性对于指导体育教学与训练和防、治运动损伤具有重要意义。一、关一、关节节运运动动学学 1关节的基本运动形式 关节在人体中不同部位骨的形态各异，致使各关节的结构与机能不尽相同，其运动形式也是复杂多变的。但各关节的基本运动形式可以归纳为屈伸运动、收展运动、旋转运动三种。2关节运动幅度及测量方法 关

37、节运动幅度是指运动环节围绕某运动轴进行转动的极限活动范围，通常关节运动幅度用角度来表示。第四十四页，讲稿共六十页哦2023/4/945(1)影响关节运动幅度的因素构成关节的两关节面弧度差两关节面弧度差越大，关节的运动幅度就越大。第四十五页，讲稿共六十页哦2023/4/946关节周围软组织的结构及力学特性 当构成关节的两关节面弧度差一定，影响关节运动幅度的主要因素有关节周围的韧带、筋膜、关节囊和肌肉等。一般关节囊薄而松弛，韧带和筋膜少而弱，肌肉伸展性和弹性较好，肌肉长度长，关节运动幅度就大，反之亦然。(2)关节运动幅度测量方法：目前测量关节运动幅度的常用的方法大致有：摄影测量、录像测量、x光摄影

38、测量、关节测量器直接测量、电子关节角度仪测量。第四十六页，讲稿共六十页哦2023/4/947（3 3）关）关节节的灵活性和的灵活性和稳稳固性固性灵活性和稳固性是关节功能同时存在的两个方面。关节具有灵活性以便于人体适应于各种灵活运动；关节的稳固性以保证人体在运动中维持动态平衡，使关节在复杂多变的运动过程中处于合理的工作状态，免受损伤。影响关节灵活性的因素：从关节结构力学特性分析，关节面软骨、关节腔、关节腔内的滑液、滑膜皱襞、粘液囊等因素都有利于关节的灵活性。维持关节稳固性的因素：维持关节稳固性的因素有骨骼、肌肉、韧带、关节囊、关节软骨和关节腔内的负压等。其中骨骼、韧带和肌肉在维持关节稳固性方面作用更为突出。第四十七页，讲稿共六十页哦第五节 骨骼肌的生物力学特征骨骼肌的结构模型1.收缩成份2 串联弹性成份3 并联弹性成份第四十八页，讲稿共六十页哦第四十九页，讲稿共六十页哦第五十页，讲稿共六十页哦第五十一页，讲稿共六十页哦第五十二页，讲稿共六十页哦第五十三页，讲稿共六十页哦第五十四页，讲稿共六十页哦第五十五页，讲稿共六十页哦第五十六页，讲稿共六十页哦第五十七页，讲稿共六十页哦第五十八页，讲稿共六十页哦第五十九页，讲稿共六十页哦2023/4/9感感谢谢大大家家观观看看第六十页，讲稿共六十页哦