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生物力学的发展简史生物力学一词虽然在20世纪60年代才出现,但它所涉及的一些内容,却是古老的课题。例如,1582年前后伽利略得出摆长与周期的定量关系,并利用摆来测定人的脉搏率,用与脉搏合拍的摆长来表达脉搏率等。1616年,英国生理学家哈维根据流体力学中的连续性原理,从理论上论证了血液循环的存在;到1661年,马尔皮基在解剖青蛙时,在蛙肺中看到了微循环的存在,证实了哈维的论断;博雷利在《论动物的运动》一书中讨论了鸟飞、鱼游和心脏以及肠的运动;欧拉在1775年写了一篇关于波在动脉中传播的论文;兰姆在1898年预言动脉中存在高频波,现已得到证实;材料力学中著名的扬氏模量就是英国物理学家托马斯扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的。1733年,英国生理学家黑尔斯测量了马的动脉血压,并寻求血压与失血的关系,解释了心脏泵出的间歇流如何转化成血管中的连续流,并他在血液流动中引进了外周阻力概念,并正确指出:产生这种阻力的主要部位在细血管处。其后泊肃叶确立了血液流动过程中压降、流量和阻力的关系;夫兰克解释了心脏的力学问题;斯塔林提出了透过膜的传质定律,并解释了人体中水的平衡问题。克罗格由于在微循环力学方面的贡献获得1920年诺贝尔奖金。希尔因肌肉力学的工作获得1922年诺贝尔奖金。他们的工作为60年代开始的生物力学的系统研究打下基础。到了20世纪60年代,一批工程科学家同生理学家合作,对生物学、生理学和医学的有关问题,用工程的观点和方法,进行了较为深入的研究,使生物力学逐渐成为了一门独立的学科。其中有些课题的研究也逐渐发展成为生物力学的分支学科,如以研究生物材料的力学性能为主要内容的生物流变学等。中国的生物力学研究,有相当一部分与中国传统医学结合,因而在骨骼力学、脉搏波、无损检测、推拿、气功、生物软组织等项目的研究中已形成自己的特色。生物力学的研究内容生物的各个系统,特别是循环系统和呼吸系统的动力学问题,是人们长期研究的对象。循环系统动力学主要研究血液在心脏、动脉、微血管、静脉中流动,以及心脏、心瓣的力学问题。呼吸系统动力学主要研究在呼吸过程中,气道内气体的流动和肺循环中血液的流动,以及气血间气体的交换。所有这些工作,包括生物材料的流变性质和动力学的研究,不仅有助于对人体生理、病理过程的了解,而且还能为人工脏器的设计和制造提供科学依据。生物力学还研究植物体液的输运。环境对生理的影响也是生物力学的一个研究内容。众所周知,氧对生物体的发育有很大影响,在缺氧环境下生物体发育较慢,在富氧环境下发育较快。即使在短期内,环境的影响也是明显的。实验表明:在含10%的氧气、压力为一个大气压的环境中的幼鼠,即使只生活24小时,在直径为15~30微米的肺小动脉壁下,也会出现大量的纤维细胞。若延续4~7天,纤维细胞则会过渡为典型的平滑肌细胞,这无疑会影响肺循环中血液的流动。又如处于高加速度状态中的人,其血液的惯性会有明显的改变,悬垂器官会偏离原位,从而改变体内血液的流动状态。
生物 力学是应用 力学 原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的 生物物理学 分支。其研究范围从生物整体到系统、 器官 (包括血液、体液、脏器、骨骼等),从鸟飞、鱼游、 鞭毛 和纤毛运动到植物体液的输运等。 生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与 生理学 、 医学 有关的力学问题。依研究对象的不同可分为 生物流体力学 、 生物固体力学 和 运动生物力学 等。 在科学的发展过程工, 生物学 和力学相互促进和发展着。 哈维 在1615年根据 流体力学 中的连续性原理,按逻辑推断了 血液循环 的存在,并由马尔皮基于1661年发现蛙肺微血管而得到证实; 材料力学 中著名的扬氏模量是扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的;流体力学中描述直圆管层流运动的泊松定理,其实验基础是狗主动脉血压的测量;黑尔斯测量了马的动脉血压,为寻求血压和失血的关系,在 血液 流动中引进了外周阻力的概念,同时指出该阻力主要来自组织中的微血管;弗兰克提出了心脏的流体力学理论;施塔林提出了物质透过膜的传输定律;克罗格由于对微循环力学的贡献,希尔由于肌肉力学的贡献而先后(1920,1922)获诺贝尔生理学或医学奖。到了20世纪60年代,生物力学成为一门完整、独立的学科。生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、 断裂力学 的基本理论和方法,研究 生物组织 和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中,人与 动物 骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是,无论在形态还是力学性质上,骨头都是各向异性的。20世纪70年代以来,对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究,如组合杆假设,二相假设等,有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料,它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物,骨板由纵向纤维和环向纤维构成,骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。木材和 昆虫 表皮都是纤维嵌入其他材料中构成的复合材料,它与由很细的玻璃纤维嵌在合成树脂中构成的玻璃钢的力学性质类似。动物与植物是由 多糖 、蛋白质类脂等构成的高聚物,应用橡胶和塑料的高聚物理论可得出蛋白质和多糖的力学性质。粘弹性及弹性变形、弹性模量等知识不仅可用于由氨基酸组成的蛋白质,也可用来分析有关细胞的力学性质。如细胞分裂时微丝的作用力,肌丝的工作方式和工作原理及细胞膜的力学性质等。生物流体力学是研究生物 心血管系统 、消化呼吸系统、 泌尿系统 、 内分泌 以及游泳、飞行等与 水动力学 、 空气动力学 、 边界层理论 和流变学有关的力学问题。人和动物体内血液的流动、植物体液的输运等与流体力学中的层流、端流、渗流和两相流等流动型式相近。在分析血液力学性质时,血液在大血管流动的情况下,可将血液看作均质流体。由于 微血管 直径与 红细胞 直径相当在微循环分析时,则可将血液看作两相流体。当然,血管越细,血液的非牛顿特性越显著。
生物力学试验机技术指标[~115583~]1.1. 设备名称:25KN生物力学电液伺服疲劳试验机1.2. 数量:1套1.3. 用途:此系统适合各种材料的生物力学性能试验,包括拉伸、压缩、弯曲、扭转、高、低周、蠕变和蠕变疲劳交互作用等。如:接骨板、椎间融合器、膝关节、脊柱固定器、金属涂层、髋关节、髓内钉等的力学鉴定。设备设计、制造应符合ISO国际标准,所有零部件和各种仪表的计量单位必须全部采用国际单位(SI)标准。1.4. 设备的结构应保证有足够的动静态强度、刚度、稳定性和高精度,采用先进技术,保证系统具有良好的动态品质,所选伺服系统执行组件精度高,可靠性好,抗干扰能力强,响应速度快。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191651_624043_1602049_3.jpg[/img]