《人体运动学》第一章 总论(生物力学基础)课件.ppt
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1、第一章 总论,第一节 人体运动学基础与概念第二节 运动学基础第三节 动力学基础第四节 静力学平衡第五节 生物力学基础第六节 人体运动的能量代谢第七节 人体运动的效果评价,第五节 生物力学基础,应力 为了引入应力的概念,参照下图,首先围绕K点取微小面积,有分布内力的合力,应力定义为:,应力与应变,应力是一个矢量平均应力某个范围内,单位面积上的内力的平均集度K点的应力当面积趋于零时,平均应力的大小 和方向都将趋于一定极限,得到,应力即单位面积上的内力某截面处内力的密集程度应力的国际单位为N/m2 1N/m2 = 1Pa(帕斯卡) 1MN/m2 = 1MPa = 106 N/m2 = 106Pa 1
2、GPa = 1GN/m2 = 109Pa,对于构件任一点的变形,只有线变形和角变形 两种基本变形,分别由线应变和角应变来度量。 线应变,应变(Strain),线应变 即单位长度上的变形量,无量纲,其物 理意义是构件上一点沿某一方向变形量 的大小 角应变 切应变 即一点单元体两棱角直角的改变量, 无量纲,E=,E=Constant,modulus of elasticity /elastic modulus(弹性模量),代表材料刚度,弹性模量,P/A=C(1-e-D /L),比如一些生物材料:软骨或骨属于这种情况,C=a constant,D=equivalent moduluse=natura
3、l log base (自然对数的底),黏弹性材料:力学性质既具有弹性材料的力学性质,又具有黏性材料的力学性质。 生物固体材料如骨、软骨、肌肉、血管壁、皮肤等都是黏弹性材料。,黏弹性,黏弹性材料的特点,(1)当物体突然发生应变时,若应变保持一定,则相应的应力将随时间的增加而下降,这种现象叫做应力松弛。,(2)若令应力保持一定,物体的应变随时间的增加而增大,这种现象称为蠕变。,(3)对物体作周期性的加载和卸载,则加载时的应力-应变曲线同卸载时的应力-应变曲线不重合,这种现象称为滞后。,二、运动生物力学,(一)人体解剖参考面,(二)人体关节的运动形式1屈曲(flexion)与伸展(extensio
4、n):主要是以横轴为中心,在矢状面上的运动。2内收(adduction)与外展(abduction):主要是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。3内旋(internal rotation)与外旋(external rotation):主要是以纵轴为中心,在水平面上的运动。 另外,前臂和小腿还有旋前(pronation)和旋后(supernation)运动;足踝部还有内翻(inversion)和外翻(eversion)运动。,(三)人体的基本运动形式,推,上肢推,在克服阻力时上肢由屈曲状态变为伸展状态的动作过程称为推的基本运动形式。,上肢拉,在克服阻力时上肢由伸展状态变为屈曲状态的动作过程成为拉的
5、基本运动形式。,上肢鞭打,在克服阻力或自体位移过程中,上肢诸环节依次加速与制动,使末端环节产生极大速度的动作形式称鞭打动作。,下肢缓冲,在抵抗外力作用过程中,下肢由伸展的状态转为较为屈曲的状态的动作过程称下肢的缓冲运动。,下肢蹬伸,在克服阻力过程中,下肢由屈曲状态,进行积极伸展的动作过程称为下肢的蹬伸动作。,下肢鞭打,摆动动作,身体某一部分完成“主要”动作(如踏跳动作)时,身体的另一部分(如两臂及摆动腿),配合“主要”动作进行加速摆动的动作形式称摆动。,躯干扭转,在身体各部分完成动作时,躯干上下两端同时绕躯干纵轴的反向转动称躯干的扭转运动形式。,相向运动,人体处于无支撑的腾空状态完成动作时,由
6、于人体两端均无约束,因此身体某一部分向某一方向活动(转动)时,身体的另一部分会同时产生相反方向的活动(转动),这种身体两部分相互接近(或远离)的运动形式称相向运动。,(四)人体运动链,三个或三个以上环节通过关节相连,组成运动链(kinematic chain),关节运动链是研究人体运动的基础,在关节康复治疗中具有重要的运动学与生物力学意义。运动链分为开链(open kinematic chain,OKC)和闭链(closed kinematic chain,CKC),闭链,如果一个运动链的两端都被固定住,或者说运动链中每一个环节至少和其他二个环节相连就叫闭链。,开链,如果运动链的末端环节是可以
7、自由运动的,或者说如果运动链中有一个环节只和其他一个环节相连接,这个运动链就叫开链。 在人体运动中大多是开链,尤其是四肢的运动。,人体运动链左边图示bam(一个开链)和ABCDE与dff1d1(闭链)。右边图示一个闭链的运动,其关节角运动是耦合的。引自V.M. Zatsiorsky Kinematics of Human Motion,(五)人体基本运动原理,1.杠杆原理,平衡杠杆,省力杠杆,速度杠杆,2.关节活动顺序性原理,上下肢各关节的肌肉生理横断面(cm2),大关节最先产生运动,然后依据关节的大小出现一定的先后顺序。,1.步态分析的生物力学参数,运动学指标动力学指标肌电活动参数能量参数,
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