【ppt】第五章生物材料力学基础

1、第五章 生物材料力学基础知识点载荷的表现形式1.载荷的表现形式I无载荷扭转压缩弯曲复合载荷 扭转压缩1二载荷的表现形式(1)拉伸/压缩载荷拉伸/压缩载荷：作用力的方向和杆轴重合 所引起的形变，表现为杆轴的伸长或缩短。B I1.载荷的表现形式(2)弯曲载荷:弯曲载荷：加在弯曲载荷时，物体受到的负荷使其绕某个轴弯转。 这种变形是由于垂直于杆件轴线的横向力作用，表现为杆件的轴线由直 线变为曲线。1载荷的表现形式（2）弯曲载荷:以中轴为界，中轴上侧（红点区域）为&载荷，中轴下侧（蓝点区域）为& 载荷，由于骨的不对称，力的分布不均匀，超过界限则骨折1载荷的表现形式(2)弯曲载荷:弯曲载荷

2、：这种变形是由于垂直于杆件轴线的横向力作用。三点弯曲!四点弯曲=1.载荷的表现形式(2)弯曲载荷:“靴顶”骨折压缩试验后人皮质骨棕本的扫描电子复微照载荷的表现形式（3）剪切载荷ID载荷的方向与物体切面平行，方向相反、作用力 方向垂直于杆轴，且距离相距很近的一对外力引 起的，表现为受力体的两部分沿外力作用方向发 生相对错动1载荷的表现形式（3）剪切载荷ID剪切骨折多发骨松质散:仲裂何图物体在拄伸和區堀秋态下岌生了威角舷莹.HJ,出现了剪切应亞1二载荷的表现形式（4）扭转载荷转向相反、作用面垂直于杆轴的力偶引起的，表现为 杆件的任意两个横截面间发生绕轴线的相对转动。圆柱怵受扭转负羲的横斷面團.显示

3、剪切应 力團绕中性辂幷布圆柱悴纯竦的曲力适谖毎大.近申隹抽歯应力谨厦耀1二载荷的表现形式（5）复合载荷（扭转压缩）每种载荷方式能分别独立存在，但是活体骨很 少只受一种力的作用：翅骨的几何形状不规则：螺骨受到多种不确定性的负载；.螺人的生理活动走、跑（慢走、快走）、跳中 同一骨受到力非常复杂。2.静载荷与动载荷静载荷：由零渐增至某一定值以后不再改变的载荷，在这种状 态下物体各部分，不产生加速度或加速度小的可以忽略不计。静载荷包括不随时间变化的恒载（如自重）和加载变 化缓慢以至可以略去惯性力作用的准静载2.静载荷与动载荷静载荷：由零渐增至某一定值以后不再改变的载荷，在这种状 态下物体各部分，不产生

4、加速度或加速度小的可以忽略不计。静载荷包括加载变化缓慢以至可以略去惯性力作2.静载荷与动载荷动载荷：物体在载荷的作用下，某些部分或各部分所引起的加速度相当显著。交变载荷：对应于较长时间，载荷（外力）做周期性，表现为周期作用力作用于 研究对象上。冲击载荷：速度在极短的时间内有极大的 改变（a很大），表现为出现了一个很大一 个冲击力。知识点一、载荷的分类、定义及表现形式二、应变、应力的概念三、应力-应变曲线的阶段及定义四、弹性形变、弹性极限、屈服强度、塑 性变形、材料的延伸率五、塑性材料、脆性材料六、弹性材料与粘弹性材料的特点应变定义：物体在受到外力作用时，其中任意两点间的距离和任意 两直线或两平

5、面间的夹角会发生变化，反映了物体的尺寸和几何形状的变化，称之为变形，即应变。特点：应变的变形很微小。应变-变形程度的度量，应变包含 线应变和角应变。任何变形包含这两个应变。应变应变-变形程度的度量，应变包含 线应变和角应变。(a)任何变形包含这两个应变。应力定义：表现为由外力作用引起的固体内质点之间作用力（内力）的改变。应力内力在截面积上的分布可以看成是连续，但可定不是均匀的应力是内力的集度微面积AA,内力变化AP,平均应力Pm=AP/AA .表示单位面积上的内力应力的单位帕kg/cm2, kg/mm2, N/m2 （帕）查表&应力应变测试仪nm musD amn! hi“w. .k

6、八一.a aa>was m £呎 OUo b <<effa . 4 «»* TV二-Tp= T 二a-i二三 P TT13I *« *«« * OK «MM M .、应力_应变曲线外力（载荷）一质点距离改变内力改变一-研究对象的破坏整个这个过程揭示了材料的力学的特性（应力一应变关系）O研究材料的力学性质是，方法是从开始加载到断裂的全过 程中力和变形情况的关系，把力加载到材料的方法有几种？ ？拉伸试验、压缩试验；扭转试验；弯曲试验；剪切试验等三、应力一应变曲线拉伸试验的仪器对应于不同的尺寸的测试机1、应力一应

7、变曲线对应于不同的尺寸的测试机拉伸试验的仪器1、应力一应变曲线1.弹性阶段0A若载荷卸去，变形立即全部恢复，为弹性变形。A弹性极限be：表示材料只产生弹性变形的的最大应力，超过此值,去除外力后，将留有残余变形。在低于A时:产生弹性形变，有（无）载荷,有（无）形变,在高于A时:产生弹性形变+塑性形变有（无）载荷，有形变,2.屈服阶段BC材料的屈服：材料对于变形的抵抗力逐渐减弱，到了C点 附近，曲线上出现几乎与横坐标轴平等的一小段，这时变 形继续增长而应力并不增加。材料好像失去了对变形的控 制能力，这种现象叫屈服。屈服阶段：载荷不变，变形 不断增加，载荷卸去，变形 不能恢复（塑性变形）(J =P

8、AD屈服极限o S：屈服阶段的 应力，表示材料进入塑性变 形3.强化阶段CD特征：载荷增加，使试件继续变形，试件横向尺寸明显缩小，为塑性 变形。强度极限db：强化阶段最高点的应力，表示材料最大的抵抗能力，衡 量材料强度的另一个重要指标。（颈缩现彖开始）45°骨移线。由于微观粒子滑移产生(TCbih屈服阶段微观粒子侧滑，如果 要让试样继续产生形变，需加 大力，由此可见强化阶段的变 形主要是塑性变形，4.颈缩阶段DE>特征：试件局部显著变细，截面显著缩小，载荷反而减小。>延伸率（或伸长率&）材料 在拉伸断裂后，总伸长与原始 标距长度的百分比。塑性指标，衡量材料是否是塑

9、 性材料。6 >5%：塑性材料6 <5%：脆性材料规性区cA形奄五.粘弹体弹性材料：应力与应变成正比，材料能保持固定形状，在外力作用 下，外力功转换为弹性能。粘性材料：应力取决于应决于应变率r。流体，无固定状态，而且流动过程不可逆，在外力作用下，外力功转换成分子热消耗。/r粘弹性体:力学性质既有弹性材料的力学性质，又具有粘性材料的力学性质，其特点为变形过程中有对时间t的依赖关系。生物材料如骨、肌肉、软骨、血管壁、皮肤等均具有粘弹性。粘弹性材料的特征:应力当物体突然发生变形 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 种现象称为应力松驰。时间粘弹性材料的特征: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。（应力）二滞后