第八章物體的彈性骨的力學(xué)性質(zhì)(存儲版)
【正文】 骨的受力 載荷。人的骨骼所能承受的剪切載荷比拉伸和壓 縮載荷低得多。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)的平面中的一對大小相等、方向相反 的力偶矩的作用。 實際生活中骨骼只受一種載荷的情況很少，大多 是同時受到兩種或兩種以上載荷的作用，這種載 荷稱復(fù)合載荷。 長骨的密質(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。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。應(yīng)力刺激 對骨細(xì)胞的生長和吸收起著調(diào)節(jié)作用。 2）應(yīng)力刺激對骨損傷的修復(fù)、愈合 和再長起重要作用 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)與原來的骨完全相同。求該肌肉組織在以上兩種情況下 的楊氏模量。問鉛 絲長度 L為何值時，它將在自身所受重力的作用下 被抗斷？斷點在何處？ （ 3倍； 177m） 松弛的二頭肌，伸長 5cm時，需要 25N的力，而 該肌肉處于緊張狀態(tài)時，產(chǎn)生相同伸長量需要力 500N。壓應(yīng)力刺激是應(yīng)力刺激的主要因素，對骨 組織的影響最大，美國學(xué)者拉什指出：固定不變的 壓應(yīng)力刺激會引起骨萎縮，而間歇性的壓應(yīng)力刺激 才能促使骨的生長。 骨的應(yīng)刺激 1）一定范圍的應(yīng)力刺激，會影響骨的組織、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。一種構(gòu)成 骨的表層，致密而堅硬，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。成人股骨受彎曲 載荷時的極限強(qiáng)度比拉伸和壓縮時的極 限強(qiáng)度都大得多，所以骨骼有較好的抗彎性能。 人的四肢長骨是中空的，這種 截面對抗扭來說合理截面，中 空處切應(yīng)力為零，而在外緣切 應(yīng)力較大處相應(yīng)的載面尺寸較 大，增強(qiáng)了抗扭能力。此外，與一般金屬材 料不同的是骨骼在不同的方向上會表現(xiàn) 出不同的力學(xué)特性，這種性質(zhì)稱為各向 異性。 骨是人體內(nèi)最主要的承載組織，骨骼的變形、 損傷或破壞與受力的方式有關(guān)。 我們來討論一長為 l0、橫截面積為 S的均勻直棒在產(chǎn)生拉伸形變時的形變勢能。 當(dāng)材料受到切應(yīng)力作用時，胡克定律的形 式為： 0FxGGSl????式中比例系數(shù) G 稱為材料的切變彈性模量或剛性 模量。超過 C 點后，再增大外 力，應(yīng)變隨著有較大的增加，直到 D點時材料發(fā)生 斷裂。應(yīng)力是張應(yīng)力，應(yīng)變是張應(yīng)變。 我們可以用 υ 角來表示由切應(yīng)力引起的形變，稱 為切應(yīng)變，也叫做剪應(yīng)變。 524600 1 . 2 1 05 0 1 0F NmS???? ? ? ? ??對腱 724600 1 . 2 1 00 . 5 1 0F NmS???? ? ? ? ??例 人骨骼上的二頭肌臂上部肌肉可以對相連的 骨骼施加約 600N的力，設(shè)二頭肌橫截面積為 50cm2。 這種情況下單位截面上 的內(nèi)力稱為切應(yīng)力，用 τ 表示。在棒上 任取一截面 BC，由于棒處于平衡狀態(tài)，根據(jù)牛頓 第三定律，則被 BC分開的兩部分存在有相互作用， 這種相互作用稱為張力。實際上任何物體在外力 作用下其形狀和大小都會發(fā)生變化，即產(chǎn)生一定 的形變。張應(yīng)力和壓應(yīng)力都是垂直于橫截 面的，因此又稱正應(yīng)力。這種壓 強(qiáng)不僅作用于表面上，在固體內(nèi)任一平面，都有 垂直于該面的壓強(qiáng)作用。 解：
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