第八章物體的彈性骨的力學(xué)性質(zhì)(文件)
【正文】 線，將 P 分解為與軸線平行和垂直 P P┴ P‖ θ 的兩個(gè)分量 P//和 P┴。一種構(gòu)成 骨的表層，致密而堅(jiān)硬，稱為密質(zhì)骨；另一種是 分布在骨的內(nèi)部呈蜂窩狀的疏松體，稱為松質(zhì)骨， 松質(zhì)骨具有一定的韌性，能承受較大的彈性形變。骨膠原是存在于筋腱和韌帶中的一種纖維蛋 白，膠原纖維能拉長(zhǎng)到大于本身線度的 20%， 骨的抗拉強(qiáng)度很大，約為 90MN/m2，骨膠原使骨質(zhì) 有較大的抗拉強(qiáng)度和韌性；骨礦物質(zhì)有很大的抗壓 強(qiáng)度，使骨具有較大的抗壓強(qiáng)度。 骨骺密質(zhì)骨較薄，松質(zhì)骨發(fā)達(dá)且粗大，因此承載面 積較大，受力比較均勻，可以承受較大的載荷，能 產(chǎn)生較大的彈性變形而不損傷，抗拉性能較好，高 于骨干，但抗壓強(qiáng)度較低，只是骨干的 22%，骨骺 的力學(xué)性質(zhì)接近塑性材料。 受扭轉(zhuǎn)時(shí)，橫截面上主要是切應(yīng)力的作用，在截 面中心部位切應(yīng)力最小，在邊緣處切應(yīng)力最大；受 彎曲時(shí)，橫截面上主要是正應(yīng)力的作用，在中性層 正應(yīng)力最小，在邊緣處正應(yīng)力最大。 骨的應(yīng)刺激 1）一定范圍的應(yīng)力刺激，會(huì)影響骨的組織、結(jié)構(gòu) 和形態(tài)，從而影響骨的力學(xué)性質(zhì)。骨的應(yīng)力刺激減少，會(huì)使骨吸收大于骨生長(zhǎng)， 結(jié)果是骨骼萎縮，骨質(zhì)疏松。壓應(yīng)力刺激是應(yīng)力刺激的主要因素，對(duì)骨 組織的影響最大，美國(guó)學(xué)者拉什指出：固定不變的 壓應(yīng)力刺激會(huì)引起骨萎縮，而間歇性的壓應(yīng)力刺激 才能促使骨的生長(zhǎng)。所以，必須在骨損傷或骨折的斷端 施加應(yīng)力，使其發(fā)生形變，骨組織在形變的情況下 產(chǎn)生骨痂。問(wèn)鉛 絲長(zhǎng)度 L為何值時(shí)，它將在自身所受重力的作用下 被抗斷？斷點(diǎn)在何處？ （ 3倍； 177m） 松弛的二頭肌，伸長(zhǎng) 5cm時(shí)，需要 25N的力，而 該肌肉處于緊張狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生相同伸長(zhǎng)量需要力 500N。 4?105N/m2) 。求該肌肉組織在以上兩種情況下 的楊氏模量。 習(xí)題： 一勻質(zhì)的鉛絲豎直懸掛，鉛絲的密度 為 ρ， ρ＝ ?103kg/m3，長(zhǎng)度為 L0。 2）應(yīng)力刺激對(duì)骨損傷的修復(fù)、愈合 和再長(zhǎng)起重要作用 骨組織是能再生和修復(fù)的組織，修復(fù)和再生后 其化學(xué)成分和物理性質(zhì)與原來(lái)的骨完全相同。宇航員 在太空中生活，由于是在失生狀態(tài)下，所以骨骼受 的應(yīng)力刺激大大減小，尿的含鈣量與在地面相比增 加 60%以上，同樣會(huì)引起骨質(zhì)疏松。應(yīng)力刺激 對(duì)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和吸收起著調(diào)節(jié)作用。因此空心圓截面對(duì)抗扭和抗彎來(lái)說(shuō)是 合理截面。下表給出了人的脛骨與 其他常用材料強(qiáng)度的比較，由表中可以看 出，長(zhǎng)骨的抗壓能力與花崗巖相近，而抗 拉強(qiáng)度卻比花崗巖大 20倍。 2 長(zhǎng)骨的力學(xué)性質(zhì) 長(zhǎng)骨是人體骨骼的主要受力部分，長(zhǎng)骨的中間 部位是骨干，兩端是骨骺，而內(nèi)部是中空的骨髓腔 骨干松質(zhì)骨少，密質(zhì)骨厚，有較大的強(qiáng)度 和硬度，抗壓強(qiáng)度較高，是松質(zhì)骨的 4 ~ 5 倍。 長(zhǎng)骨的密質(zhì)骨在中部骨干部分很厚，向兩端逐漸 變薄，松質(zhì)骨主要分布在長(zhǎng)骨的兩端；短 骨表面有一層較薄的密質(zhì)骨，內(nèi)部充滿松 質(zhì)骨；扁骨是由密質(zhì)骨構(gòu)成內(nèi)外兩層骨板， 中間夾有一層松質(zhì)骨。顯然股骨頭 所受的載荷是壓縮和彎曲兩種復(fù)合而成 的載荷。 實(shí)際生活中骨骼只受一種載荷的情況很少，大多 是同時(shí)受到兩種或兩種以上載荷的作用，這種載 荷稱復(fù)合載荷。 在凸側(cè)骨骼受拉伸作用， 在凹側(cè)骨骼受壓縮作用。這種載荷可以是垂 直軸線的橫向力，也可以是包括骨骼軸線 在內(nèi)的平面中的一對(duì)大小相等、方向相反 的力偶矩的作用。骨骼 受到扭轉(zhuǎn)載荷作用時(shí)，橫截面承受切應(yīng)力 作用，其分布如圖。人的骨骼所能承受的剪切載荷比拉伸和壓 縮載荷低得多。拉伸曲線和壓縮曲線形狀相近，都有 O σ 拉伸 ε 壓縮 較長(zhǎng)的直線段，在這一階段應(yīng) 力與應(yīng)變成正比，服從胡克定 律，所以可以認(rèn)骨骼具有彈性。若骨骼同時(shí)受到兩種或兩種以上的 基本載荷作用，這種情況下骨骼受的力稱為復(fù)合 骨的受力 載荷
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