第八章物體的彈性骨的力學(xué)性質(zhì)-資料下載頁
2025-07-20 22:56本頁面
【正文】 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。由于長骨有塑性材料的 彈性和韌性，又具有脆性材料的強(qiáng)度和硬度，所以 鋼 骨 花崗巖 紅松 密度 (kg/m3) ?103 ?103 ?103 ?103 抗拉強(qiáng)度(106N/m2) 93120 5 抗壓強(qiáng)度(106N/m2) 121210 135 長骨既抗又抗壓。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。長骨除受拉伸與壓縮的 載荷作用外，更多的是受扭轉(zhuǎn)或彎曲的載荷作用。 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。長骨的橫截面 可以近似的視為空心圓截面，與實(shí)心截面相比，在 截面積相等的情況下，相當(dāng)于將實(shí) 心圓中心部位受應(yīng)力很小的部分挖 去填在截面的外緣，增大了邊緣的 尺寸，相應(yīng)的增加了外緣對應(yīng)力的承受能 力。因此空心圓截面對抗扭和抗彎來說是 合理截面。人體長骨中部為骨骼腔，不僅具有生理 作用，而且從力學(xué)角度來說也是完全合理的結(jié)構(gòu)。 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)。 骨是活性物質(zhì)，在不斷的生長發(fā)育。應(yīng)力刺激 對骨細(xì)胞的生長和吸收起著調(diào)節(jié)作用。一定范圍內(nèi) 經(jīng)常性的、間歇式的壓應(yīng)刺激，能助長骨的生長， 使骨的形態(tài)變粗增厚，密度加大，改善骨的力學(xué)性 質(zhì)。骨的應(yīng)力刺激減少，會使骨吸收大于骨生長， 結(jié)果是骨骼萎縮，骨質(zhì)疏松。四肢癱瘓的病人，骨 骼所受的應(yīng)力明顯減少，除受地心引力外， 沒有由于肌肉收縮引起的應(yīng)力作用，發(fā)生 明顯的骨吸收，在大量高鈣尿排出體外， 骨骼萎縮，產(chǎn)生骨質(zhì)疏松癥，使骨在形態(tài)、組織結(jié) 構(gòu)和功能上變得異常，力學(xué)性能明顯降低。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，同樣會引起骨質(zhì)疏松。因此，要促進(jìn) 骨的生長，必須有經(jīng)常性的應(yīng)力刺激，尤其是壓應(yīng) 力刺激。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。所以，體育鍛煉是這種應(yīng)力刺 激的好形式，不公刺激和影響肌肉組織， 而且刺激骨組織的生長。 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。應(yīng)力 刺激會使受傷后的骨組織進(jìn)行再生，骨痂可以不斷 的形成和增殖。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。一般也，應(yīng)力越大，骨痂越豐富，且增 殖迅速，能夠促進(jìn)骨的愈合和再生，最終成為與受 傷前完全相同的骨組織。 習(xí)題： 一勻質(zhì)的鉛絲豎直懸掛，鉛絲的密度 為 ρ， ρ＝ ?103kg/m3，長度為 L0。求：（ 1）由 于鉛絲自身的重量所產(chǎn)生的應(yīng)在距懸點(diǎn) L/4處的值 是距懸點(diǎn) 3L/4處值的多少倍？（ 2）已知鉛絲內(nèi)某 處的應(yīng)力達(dá) 2kg/mm2時(shí)，鉛絲在該點(diǎn)被抗斷。問鉛 絲長度 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 5cm時(shí)，需要 25N的力，而 該肌肉處于緊張狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生相同伸長量需要力 500N。若將肌肉看作一長為 ，橫截面積為 50cm2的圓柱體。求該肌肉組織在以上兩種情況下 的楊氏模量。 （ 2?104N/m2。 4?105N/m2)
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