生物力學(xué)生物力學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)

1、生物力學(xué)生物力學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)二、力的概念二、力的概念 力的定義：力的定義：涉及到的概念：涉及到的概念：施力物體和受力物體施力物體和受力物體牛頓第三定律牛頓第三定律作用力和反作用力作用力和反作用力力是物體間的相互作用。力是物體間的相互作用。力的作用離不開物體。力的作用離不開物體。2.力的作用效應(yīng)：力的作用效應(yīng)：內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng)（變形效應(yīng)）（變形效應(yīng)）外效應(yīng)外效應(yīng)（運動效應(yīng)）（平動、轉(zhuǎn)動、復(fù)合運動）（運動效應(yīng)）（平動、轉(zhuǎn)動、復(fù)合運動）涉及到的概念：涉及到的概念：牛頓第一定律牛頓第一定律力的定性定義力的定性定義牛頓第二定律牛頓第二定律力的定量定義力的定量定義胡克定律胡克定律力與變形的關(guān)系力與變形的關(guān)系3.力

2、的三要素：力的三要素：三角形、平行四邊形、多邊形法則三角形、平行四邊形、多邊形法則大小、方向、作用點大小、方向、作用點例如：股骨干骨折施行股骨髁上牽引例如：股骨干骨折施行股骨髁上牽引復(fù)位時間上的差異、成角和橫向移位畸形、成角畸形復(fù)位時間上的差異、成角和橫向移位畸形、成角畸形 力的合成與分解法則：力的合成與分解法則： 應(yīng)用：二維投影應(yīng)用：二維投影 *三維二次投影三維二次投影 三維投影三維投影l(fā)矢狀面矢狀面l額（冠）狀面額（冠）狀面l水平（橫切）面水平（橫切）面運動軸運動軸 矢狀軸矢狀軸 額狀軸額狀軸 垂直軸垂直軸肌肉力可分成肌肉力可分成FmWaG例如：肌肉力的合成與分解例如：肌肉力的合成與分解以

3、肱二頭肌為例以肱二頭肌為例穩(wěn)固分量（沿骨軸線）穩(wěn)固分量（沿骨軸線）轉(zhuǎn)動分量（垂直骨軸線）轉(zhuǎn)動分量（垂直骨軸線）在骨折等治療中有積極的意義在骨折等治療中有積極的意義在肢體運動中有積極的意義在肢體運動中有積極的意義5. 力系：力系：二力平衡二力平衡必要與充分條件是：必要與充分條件是：力系（多力情況）：力系（多力情況）：三力平衡匯交定理：三力平衡匯交定理： 作用于一個物體上的一群力的集合稱為力系。作用于一個物體上的一群力的集合稱為力系。當(dāng)剛體受三個力作用而平衡時，若其中任何兩力當(dāng)剛體受三個力作用而平衡時，若其中任何兩力的作用線相交于一點，則其余一力的作用線亦必的作用線相交于一點，則其余一力的作用線亦

4、必交于同一點，且三力的作用線在同一平面內(nèi)。交于同一點，且三力的作用線在同一平面內(nèi)。這兩個力大小相等、方向相反、沿同一條直線。這兩個力大小相等、方向相反、沿同一條直線。力系的分類：力系的分類： 共點力系共點力系平面共點力系平面共點力系 非非 共點力系共點力系空間共點力系空間共點力系平行力系平行力系一般力系一般力系平面平行力系平面平行力系 空間平行力系空間平行力系例如：例如： 人在彎腰時作用在脊柱上的力人在彎腰時作用在脊柱上的力跳高時作用在足上的力跳高時作用在足上的力定滑輪轉(zhuǎn)動時力的作用定滑輪轉(zhuǎn)動時力的作用*6. 約束和約束反力：約束和約束反力：自由體：自由體：可以在空間作任意運動的物體?？梢栽诳?/p>

5、間作任意運動的物體。非自由體：非自由體： 由于受到周圍物體的限制（或阻礙）而不能作由于受到周圍物體的限制（或阻礙）而不能作 任意運動的物體。任意運動的物體。約束：約束：事先對物體的運動所加的限制條件。事先對物體的運動所加的限制條件。約束反力：（阻力）約束反力：（阻力）主動力主動力：（動力）：（動力）約束作用于非自由體的力。（簡稱：約束力）約束作用于非自由體的力。（簡稱：約束力）除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體運動或有運動趨勢的力。運動或有運動趨勢的力。三、作用于人體內(nèi)外的力人體或人體局部受力分析：人體或人體局部受力分析： （抓住主要矛盾，分離

6、次要矛盾）（抓住主要矛盾，分離次要矛盾）受力分析圖受力分析圖將分離體所受的主動力和約束力以力將分離體所受的主動力和約束力以力 的矢量形式表示在分離體上所得到的圖形。的矢量形式表示在分離體上所得到的圖形。分離體分離體把研究對象解除約束，從周圍物體中分離把研究對象解除約束，從周圍物體中分離 出來，畫出簡圖。出來，畫出簡圖。先畫主動力，明確研究對象所受周圍的約束，進一步明確約先畫主動力，明確研究對象所受周圍的約束，進一步明確約束類型，再畫約束反力；束類型，再畫約束反力；必要時需用二力平衡共線、三力平衡匯交等條件確定某些約必要時需用二力平衡共線、三力平衡匯交等條件確定某些約束反力的指向或作用線的方位。

7、束反力的指向或作用線的方位。我們多次察覺作用于自己身體的力我們多次察覺作用于自己身體的力我們常常忽略作用于體內(nèi)諸力的重要性我們常常忽略作用于體內(nèi)諸力的重要性我們多數(shù)不知微觀結(jié)構(gòu)上力的作用我們多數(shù)不知微觀結(jié)構(gòu)上力的作用內(nèi)力：內(nèi)力：（按力的宏觀、微觀分）（按力的宏觀、微觀分）內(nèi)力內(nèi)力 外力外力外力：外力：人體內(nèi)部各個部分互相作用的力人體內(nèi)部各個部分互相作用的力（肌力、韌帶張力、軟骨應(yīng)力、骨應(yīng)力）（肌力、韌帶張力、軟骨應(yīng)力、骨應(yīng)力）重力；摩擦力；彈性力；器械的其他阻力；重力；摩擦力；彈性力；器械的其他阻力；支撐反作用力；流體作用力支撐反作用力；流體作用力（按力的性質(zhì)分）1、第一基本力：機械力 萬有引

8、力：萬有引力：接觸力：接觸力：摩擦力摩擦力：肌肉力：肌肉力：mgWrmmGF221)(KSFdhfNf肌力定律解剖橫斷面：解剖橫斷面：SFm生理橫生理橫截面積截面積肌力肌力系數(shù)系數(shù)肌力肌力：S生理橫斷面：生理橫斷面：與肌肉所有纖維垂直的斷面與肌肉所有纖維垂直的斷面與肌肉縱軸垂直的斷面與肌肉縱軸垂直的斷面性別：性別：人種：人種：后天因素：后天因素：肌力系數(shù)：肌力系數(shù)：建議取美國莫利斯的肌力系數(shù)值：建議取美國莫利斯的肌力系數(shù)值：KPaKPa710920女：男：德國生理學(xué)家艾克：德國生理學(xué)家艾克：588980KPa美國克羅莫：美國克羅莫：343KPa前蘇聯(lián)童克福：前蘇聯(lián)童克福：980KPa中國程國杰

9、：中國程國杰：588686KPa美國莫利斯：美國莫利斯：710920KPa與肌纖維解剖條件的關(guān)系：與肌纖維解剖條件的關(guān)系：與肌纖維力學(xué)條件的關(guān)系與肌纖維力學(xué)條件的關(guān)系（略）（略）與肌纖維生理條件的關(guān)系與肌纖維生理條件的關(guān)系（略）（略）LmLVSFm比較梭形肌、扇形肌、羽狀肌、半羽狀肌的比較梭形肌、扇形肌、羽狀肌、半羽狀肌的肌力大小及靈活性。肌力大小及靈活性。2、第二基本力：電力 電場力：電場力：磁場力：磁場力：rrqqKF221BvqFBl IF3、第三基本力：核力超短距離力超短距離力四、作用于人體的力鉅四、作用于人體的力鉅 力矩的表達式：力矩的表達式：2. 力矩的三要素：力矩的三要素：FrM

10、大小、方向、作用面大小、方向、作用面大?。捍笮。篎rFrM,:sin方向：方向：右手螺旋定則右手螺旋定則BACBAC第二節(jié)第二節(jié) 剛體生物靜力學(xué)剛體生物靜力學(xué)骨骼幾何形狀的準(zhǔn)確解剖學(xué)數(shù)據(jù)骨骼幾何形狀的準(zhǔn)確解剖學(xué)數(shù)據(jù)肌肉連接的準(zhǔn)確位置和角度肌肉連接的準(zhǔn)確位置和角度靜力平衡定律靜力平衡定律確定醫(yī)療器械所受的作用力確定醫(yī)療器械所受的作用力計算人體肌肉力、骨骼力、關(guān)節(jié)力計算人體肌肉力、骨骼力、關(guān)節(jié)力臨床上的癥狀臨床上的癥狀矯形裝置的功能、原理及應(yīng)用矯形裝置的功能、原理及應(yīng)用改進醫(yī)療方法改進醫(yī)療方法現(xiàn)行醫(yī)療方法現(xiàn)行醫(yī)療方法一、平衡條件：一、平衡條件：1、2、 0F 0M（可分解）（可分解）（定轉(zhuǎn)軸）（定

11、轉(zhuǎn)軸）例題例題1：（作業(yè)一）：（作業(yè)一）靠在墻上的木板已知地面與墻的摩擦系數(shù)靠在墻上的木板已知地面與墻的摩擦系數(shù)分別為分別為 ，使木板不下滑的角度。，使木板不下滑的角度。211-121tan21，靜力學(xué)問題靜力學(xué)問題例題例題2：右圖的牽引裝置是用右圖的牽引裝置是用來來施加一軸向力給折施加一軸向力給折斷的斷的股骨股骨 (femur)。設(shè)設(shè)病患之體重病患之體重70 kg70 kg， 若要維持小腿平衡狀若要維持小腿平衡狀態(tài)，懸吊重量態(tài)，懸吊重量T應(yīng)為應(yīng)為多少？多少？1.1.試計算在上述條件試計算在上述條件下施加給大腿的平均下施加給大腿的平均張力張力F F是多少？是多少？ 解：假設(shè)滑輪無摩擦，則纜線在

12、各處的張力解：假設(shè)滑輪無摩擦，則纜線在各處的張力T為相同。根據(jù)力平衡公式：為相同。根據(jù)力平衡公式： ( (一般人之小腿與足部之重量為體重之。一般人之小腿與足部之重量為體重之。設(shè)病患之體重設(shè)病患之體重70 kg，則，則m = 0.06170 = 4.27 kg = mg = 41.85 N)00000020sin40sin30sin20cos40cos30cosFmgTTyFTTTxNFNT9 .654 .568 . 975. 5例題例題3 3： 某人重某人重75kg75kg，手，手握重握重5kg5kg的球，而的球，而手肘呈手肘呈9090。 二頭肌二頭肌 (bicep)(bicep)須出力須出力

13、多少以維持前多少以維持前臂平衡？臂平衡？ 1.1. 前臂施加多少前臂施加多少力于肱骨力于肱骨(humerus)(humerus)？ OBopOEArWrmgrF22CAFFF解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的，解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的， 故故m = 0.022*75 = 1.65 kg, 臂重心位于臂重心位于rOP = 0.31 m處。處。對于肘之支點對于肘之支點O，其和力矩為零，其和力矩為零手肘的垂直力為手肘的垂直力為FA = 472.6 N而根據(jù)力平衡式，而根據(jù)力平衡式，0075sin75cosBABCFWmgFyFFx二頭肌施力為二頭肌施力為FB = 5

14、56.7 N手肘的水平力為手肘的水平力為FC = 144.1 N故前臂的施力為故前臂的施力為解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的，故解：根據(jù)靜力平衡和靜力矩平衡前臂的重量為體重的，故m = 0.022*75 = 1.65 kg, 臂重心位于臂重心位于rOP = 0.31 m處。處。對于肘之支點對于肘之支點O，其力矩之和，其力矩之和 M = -rOE(-FA) + rOB(-5*9.8j) + rOP(-1.65*9.8j) = 0 =0.05 FA k - 18.62k - 5.01k = 0手肘的垂直力為手肘的垂直力為FA = 472.6 N而根據(jù)力平衡式，而根據(jù)力平衡式， F =

15、 FCi - FAj + FB(-cos75oi + sin75oj) - 49j - 16.17 j = 0 =FC - 0.259FB = 0 and -537.77 + 0.966FB = 0二頭肌施力為二頭肌施力為FB = 556.7 N手肘的水平力為手肘的水平力為FC = 144.1 N故前臂的施力為故前臂的施力為F = FCi - FAj = 144.1i - 472.6j (N) 二、人體的杠桿作用：二、人體的杠桿作用：桿：桿：FmWaG骨骼系統(tǒng)骨骼系統(tǒng)關(guān)節(jié)（單軸關(guān)節(jié)（單軸 雙軸雙軸 多軸）多軸）肌力（動力）肌力（動力）支點：支點：力：力：外力（阻力）外力（阻力）單軸關(guān)節(jié)：單軸關(guān)

16、節(jié)：滑車關(guān)節(jié)（指間、膝關(guān)節(jié)）滑車關(guān)節(jié)（指間、膝關(guān)節(jié)）圓柱關(guān)節(jié)（尺橈關(guān)節(jié)）圓柱關(guān)節(jié)（尺橈關(guān)節(jié)）雙軸關(guān)節(jié)：雙軸關(guān)節(jié)：橢圓關(guān)節(jié)（腕、掌指關(guān)節(jié)）橢圓關(guān)節(jié)（腕、掌指關(guān)節(jié)）鞍狀關(guān)節(jié)（踝關(guān)節(jié)）鞍狀關(guān)節(jié)（踝關(guān)節(jié)）三軸關(guān)節(jié)：三軸關(guān)節(jié)：球窩關(guān)節(jié)（肩、髖）球窩關(guān)節(jié)（肩、髖）平面關(guān)節(jié)（肩鎖關(guān)節(jié)）平面關(guān)節(jié)（肩鎖關(guān)節(jié)）1、三種杠桿：、三種杠桿：（1）第一類杠桿：）第一類杠桿：WhFmJ 例如.頭部杠桿定義定義 特點特點 例子例子WhFmJ31FmWhJ31平衡杠桿平衡杠桿hhmWTWF2hhmWTWF43hmhWTFW43 例如.足部杠桿WFm（2）第二類杠桿：）第二類杠桿：定義定義 特點特點 例子例子省力杠桿省力杠桿

17、例如.臂部杠桿FmWaG（3）第三類杠桿：）第三類杠桿： 定義定義 特點特點 例子例子速度杠桿速度杠桿(費力杠桿）費力杠桿）WFmG=10NWa=30NFm15030cm30cm3cm015sin33060maFWGNFm1940myaymxxFWGTFTTNTTTyx199822xyTTtg1省力省力費力費力平衡杠桿平衡杠桿省力杠桿省力杠桿速度桿桿速度桿桿*省力杠桿在康復(fù)中的作用省力杠桿在康復(fù)中的作用可負較大重量可負較大重量加強肌肉保護加強肌肉保護(用小的動力克服大的阻力）用小的動力克服大的阻力）*費力杠桿在康復(fù)治療中的作用費力杠桿在康復(fù)治療中的作用訓(xùn)練肌力：訓(xùn)練肌力：通過調(diào)整阻力臂距離，增

18、加或減少負荷重量。通過調(diào)整阻力臂距離，增加或減少負荷重量。例：股四頭肌漸進抗阻例：股四頭肌漸進抗阻獲得速度：獲得速度：可通過增加阻力臂，減少動力臂進行，雖然可通過增加阻力臂，減少動力臂進行，雖然費力，但力點稍移動，即可加大阻力點移費力，但力點稍移動，即可加大阻力點移 動動的速度和范圍。的速度和范圍。 (用大的動力克服小的阻力）用大的動力克服小的阻力）(用小的動力點位移得到大的阻力點位移）用小的動力點位移得到大的阻力點位移）2、拉角和阻角的影響：、拉角和阻角的影響：（2）阻角的影響：）阻角的影響：（阻力與桿的小夾角）（阻力與桿的小夾角）（1）拉角的影響）拉角的影響: （動力與桿的小夾角）（動力與

19、桿的小夾角）在相等的收縮下：拉角越小引起的旋轉(zhuǎn)越大；在相等的收縮下：拉角越小引起的旋轉(zhuǎn)越大； 拉角越大引起的旋轉(zhuǎn)越小。拉角越大引起的旋轉(zhuǎn)越小。在阻力不變的情況下：拉角越小轉(zhuǎn)動分量越小在阻力不變的情況下：拉角越小轉(zhuǎn)動分量越小 要用的力越大要用的力越大 拉角越大穩(wěn)固分量越大拉角越大穩(wěn)固分量越大 避免脫臼避免脫臼阻角越大拉力越大阻角越大拉力越大拉角和肌肉收縮關(guān)系圖拉角和肌肉收縮關(guān)系圖肌肉收縮：每次收縮全長的八分之一肌肉收縮：每次收縮全長的八分之一3、作用于髖關(guān)節(jié)的力：、作用于髖關(guān)節(jié)的力：（1）股骨與髖骨的基本結(jié)構(gòu)：）股骨與髖骨的基本結(jié)構(gòu)：髖骨：髖骨：股骨：股骨：髖關(guān)節(jié)：髖關(guān)節(jié)：髂骨髂骨 坐骨坐骨 恥

20、骨恥骨髖臼髖臼頭、頸、大轉(zhuǎn)子、髁（內(nèi)、外側(cè)髁）、骨端頭、頸、大轉(zhuǎn)子、髁（內(nèi)、外側(cè)髁）、骨端髖臼、股骨頭髖臼、股骨頭關(guān)節(jié)腔關(guān)節(jié)腔隙隙CE角角垂直線垂直線水平線水平線AC角角前傾角前傾角骨小梁骨小梁骨端線骨端線（2）計算）計算作用于股骨頭上的力作用于股骨頭上的力R和外展肌力和外展肌力F在單腿站立的狀態(tài)下：在單腿站立的狀態(tài)下：英曼數(shù)據(jù)：英曼數(shù)據(jù)：外展肌群：外展肌群：臀大肌、臀中肌、臀小肌臀大肌、臀中肌、臀小肌梨狀肌、閉孔內(nèi)外肌、股方肌梨狀肌、閉孔內(nèi)外肌、股方肌闊筋膜張肌闊筋膜張肌WWL71070英寸英寸英寸71841075.27cmcmcm1 1英尺米英尺米 1 1英尺英尺=12=12英寸英寸臀大肌

21、臀大肌: :臀大肌起于髂翼外面，骶尾骨后面，止于股臀大肌起于髂翼外面，骶尾骨后面，止于股骨臀肌粗隆，一部分到髂脛束骨臀肌粗隆，一部分到髂脛束臀中肌臀中肌: :臀中肌起于髂翼外面和臀筋膜，止于股骨大轉(zhuǎn)子臀中肌起于髂翼外面和臀筋膜，止于股骨大轉(zhuǎn)子臀小肌臀小肌: :臀小肌起于髂翼外面，止于股骨大轉(zhuǎn)子前線臀小肌起于髂翼外面，止于股骨大轉(zhuǎn)子前線闊筋膜張肌闊筋膜張肌: :闊筋膜張肌起于髂前上棘及其后側(cè)的髂嵴，移行于闊筋膜張肌起于髂前上棘及其后側(cè)的髂嵴，移行于髂脛束達脛骨上端髂脛束達脛骨上端股骨FNWLN=WFmWL= 1/7W7008cm3cm7cm71007sin771071718FWWWF85 . 1

22、RWFWRFRyx0007sin7107cosWRRRyx4 . 222013231. 0arctanarctanyxRRWRx55. 0WRy36. 2髖關(guān)節(jié)（3）臨床聯(lián)系：）臨床聯(lián)系：鎮(zhèn)痛步態(tài)：鎮(zhèn)痛步態(tài)：外反骨：外反骨：骨端分離：骨端分離：缺血性壞死：缺血性壞死：當(dāng)外展肌麻痹或弱或損傷時；當(dāng)外展肌麻痹或弱或損傷時；當(dāng)髖關(guān)節(jié)有疾患時；當(dāng)髖關(guān)節(jié)有疾患時；骨端軟骨板向水平面轉(zhuǎn)動骨端軟骨板向水平面轉(zhuǎn)動骨端與骨連接斷開骨端與骨連接斷開供血不足供血不足（4）康復(fù)治療：）康復(fù)治療：以手杖為例以手杖為例若手杖支撐1/6體重FmWLN=5/6W007sin77 . 677171265FWWWF64. 0WF

23、WRFRyx6507sin7107cos00WRRRyx31. 122單腳將離開骶骨中心正下方6cmWRx.220WRy29. 1作業(yè)作業(yè)2：彎腰角度：彎腰角度：頭和上肢的重量：頭和上肢的重量：軀干的重量：軀干的重量：（1 1）只彎腰雙手下垂不提重物）只彎腰雙手下垂不提重物o30W2 . 0W4 . 0求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力R R 和骶棘所施加的力和骶棘所施加的力F F骶棘作用點分軀干：骶棘作用點分軀干：LL3231下：上：骶棘作用線與軀干夾角：骶棘作用線與軀干夾角：o12作業(yè)作業(yè)2：彎腰角度：彎腰角度：頭和上肢的重量：頭和上肢的重量：軀干的重量：

24、軀干的重量：（2 2）只彎腰雙手下垂提重物（）只彎腰雙手下垂提重物（0.2W)0.2W)o30W2 . 0W4 . 0求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力求：骶骨頂作用于腰骶椎間盤基部的力R R 和骶棘所施加的力和骶棘所施加的力F F骶棘作用點分軀干：骶棘作用點分軀干：LL3231下：上：骶棘作用線與軀干夾角：骶棘作用線與軀干夾角：o12附加問：附加問：椎間盤脫出、突出的臨床表現(xiàn)是什么？椎間盤脫出、突出的臨床表現(xiàn)是什么？內(nèi)突和外突的臨床表現(xiàn)有什么不同？內(nèi)突和外突的臨床表現(xiàn)有什么不同？為避免脫出、突出手提重物時應(yīng)如何做？為避免脫出、突出手提重物時應(yīng)如何做？康復(fù)方案？康復(fù)方案？介紹介紹天津中醫(yī)藥大學(xué)

25、生物力學(xué)實驗室天津中醫(yī)藥大學(xué)生物力學(xué)實驗室1、課題所屬研究領(lǐng)域課題所屬研究領(lǐng)域2、課題的理論意義和應(yīng)用價值課題的理論意義和應(yīng)用價值3、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 a：人體髖關(guān)節(jié)運動生物力學(xué)模型研究屬：人體髖關(guān)節(jié)運動生物力學(xué)模型研究屬于運動生物力學(xué)（于運動生物力學(xué)（Biomechanics）的研究）的研究范疇范疇 。 b：運動生物力學(xué)是一門主要研究運動中：運動生物力學(xué)是一門主要研究運動中人體機械運動規(guī)律的科學(xué)。人體機械運動規(guī)律的科學(xué)。 C：運動生物力學(xué)的研究最終目的：運動生物力學(xué)的研究最終目的a、髖關(guān)節(jié)重要性髖關(guān)節(jié)重要性 b、體育運動學(xué)方面、體育運動學(xué)方面 為評價運動員動作

26、技術(shù)的合理性，設(shè)計新的體育為評價運動員動作技術(shù)的合理性，設(shè)計新的體育訓(xùn)練手段，改善技術(shù)動作，提高體育成績提供理訓(xùn)練手段，改善技術(shù)動作，提高體育成績提供理論依據(jù)論依據(jù) C、骨科臨床醫(yī)學(xué)方面、骨科臨床醫(yī)學(xué)方面 近近20年來，不論是作為生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論年來，不論是作為生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論研究，還是作為骨科臨床上的應(yīng)用研究，髖關(guān)研究，還是作為骨科臨床上的應(yīng)用研究，髖關(guān)節(jié)都是非常受重視的環(huán)節(jié)，因為不管是對人工節(jié)都是非常受重視的環(huán)節(jié)，因為不管是對人工髖關(guān)節(jié)生物材料的研究，還是骨科臨床上的髖髖關(guān)節(jié)生物材料的研究，還是骨科臨床上的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的開展，都必須充分了解髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)置換術(shù)的開展，都必須充分了解髖關(guān)節(jié)

27、的力學(xué)性能力學(xué)性能 總結(jié)：希望通過本次研究能夠為以后的理論研究、總結(jié)：希望通過本次研究能夠為以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。a、國外研究概況、國外研究概況（Kane 、Hazte） 多體建模：多體建模：Kane（美國）（美國） 人體仿真：人體仿真：Hazte（南非）（南非） 近幾年的研究：近幾年的研究：Miller(4剛體模型剛體模型),Hazte(11剛剛體模型體模型)等等b、國內(nèi)研究概況、國內(nèi)研究概況 1980年年12月成立了中國運動生物力學(xué)協(xié)會月成立了中國運動生物力學(xué)協(xié)會 近幾年來的研究成果：中國人體尺寸、人體近幾年來的研究

28、成果：中國人體尺寸、人體器官密度、，人體環(huán)節(jié)的慣性參數(shù)和回歸方程器官密度、，人體環(huán)節(jié)的慣性參數(shù)和回歸方程的測定等的測定等l髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造髖關(guān)節(jié)的生理構(gòu)造l髖關(guān)節(jié)的建模原理與步驟髖關(guān)節(jié)的建模原理與步驟 l進度計劃進度計劃 從運動學(xué)和動力學(xué)兩方面通過多體的研究方法從運動學(xué)和動力學(xué)兩方面通過多體的研究方法進行建模：進行建模：l第一：確定髖關(guān)節(jié)模型的組成部分第一：確定髖關(guān)節(jié)模型的組成部分 l第二：取得描述髖關(guān)節(jié)模型的各種數(shù)據(jù)第二：取得描述髖關(guān)節(jié)模型的各種數(shù)據(jù) l第三：確定全局坐標(biāo)系，組裝模型，并使各部第三：確定全局坐標(biāo)系，組裝模型，并使各部件的局部坐標(biāo)簡化件的局部坐標(biāo)簡化 l第四：對模型進行校核，消

29、除尺寸誤差，限定第四：對模型進行校核，消除尺寸誤差，限定關(guān)節(jié)的運動范圍關(guān)節(jié)的運動范圍 l第五：添加約束和運動，將其應(yīng)用于具體問題第五：添加約束和運動，將其應(yīng)用于具體問題 l課題相關(guān)文獻查閱：3個月l髖關(guān)節(jié)生理學(xué)特性學(xué)習(xí)、運動生物力學(xué)的深化、多體知識的鞏固：3個月左右l髖關(guān)節(jié)的幾何建模：2個月左右l髖關(guān)節(jié)的運動學(xué)建模：3個月左右l髖關(guān)節(jié)模型運動仿真與控制：3個月左右l通過典型運動計算校核模型：3個月左右 希望通過多體系統(tǒng)動力學(xué)，運動生物希望通過多體系統(tǒng)動力學(xué)，運動生物力學(xué)與控制學(xué)建立起較為精確的髖關(guān)節(jié)力學(xué)與控制學(xué)建立起較為精確的髖關(guān)節(jié)力學(xué)仿真模型，能夠通過該模型分析髖力學(xué)仿真模型，能夠通過該模型

30、分析髖關(guān)節(jié)運動的變化原理和規(guī)律，揭示髖關(guān)關(guān)節(jié)運動的變化原理和規(guī)律，揭示髖關(guān)節(jié)的力學(xué)運動特性，準(zhǔn)確模擬髖關(guān)節(jié)在節(jié)的力學(xué)運動特性，準(zhǔn)確模擬髖關(guān)節(jié)在運動時的肌肉骨骼狀態(tài)。并希望能夠為運動時的肌肉骨骼狀態(tài)。并希望能夠為以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究以后的理論研究、體育研究和醫(yī)學(xué)研究提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。提供成功的髖關(guān)節(jié)模型。髕骨受力髕骨受力髕韌帶骨直肌 骨中間肌骨內(nèi)側(cè)肌骨外側(cè)肌屈膝 300F=W 600900 屈膝 900F=4WF=6WF=8W4 4、作用于膝關(guān)節(jié)的力（自學(xué)）、作用于膝關(guān)節(jié)的力（自學(xué)）三、人體的平衡平衡基本狀態(tài)：平衡基本狀態(tài)：人體平衡：人體平衡：人體保持某一姿態(tài)的穩(wěn)定性或動態(tài)中的

31、人體保持某一姿態(tài)的穩(wěn)定性或動態(tài)中的控制能力?？刂颇芰Αｌo止或勻速直線運動狀態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(tài)1 1、關(guān)鍵在于重心（1）人體的重心：）人體的重心：從解剖學(xué)角度看：左右基本對稱（正中偏右）。從解剖學(xué)角度看：左右基本對稱（正中偏右）。當(dāng)人體自然站立時，總重心的位置一般在身體正當(dāng)人體自然站立時，總重心的位置一般在身體正中面上第三骶椎上緣前方中面上第三骶椎上緣前方7cm偏右處偏右處（2）人體重心位置：）人體重心位置：地球?qū)θ梭w各部分引力合力的作用點。地球?qū)θ梭w各部分引力合力的作用點。如：如：(3)人體重心的變化特點：人體重心的變化特點： 男子的重心高度約為身高的男子的重心高度約為身高的56%， 女

32、子女子的重心高度的重心高度約為身高的約為身高的55%重心通常會隨著消化、呼吸、血液循環(huán)等重心通常會隨著消化、呼吸、血液循環(huán)等生理過程的進行而變化生理過程的進行而變化重心通常會隨著姿勢的變化而變化重心通常會隨著姿勢的變化而變化重心通常會隨著年齡、性別、身體結(jié)構(gòu)、重心通常會隨著年齡、性別、身體結(jié)構(gòu)、后天狀況等特點而變化后天狀況等特點而變化 幾何形狀固定的物體，不管他怎樣運動，其重幾何形狀固定的物體，不管他怎樣運動，其重心相對于自身的位置是不變的。心相對于自身的位置是不變的。 成人與兒童成人與兒童 男子與女子男子與女子 體操與足球運動員體操與足球運動員(4)人體重心測量方法人體重心測量方法 重心板（一維或二維）實測靜態(tài)人體的重心位置重心板（一維或二維）實測靜態(tài)人體的重心位置 攝影和錄像獲得的人體圖像中通過測量和計算獲得攝影和錄像獲得的人體圖像中通過測量和計算獲得第一步：以人體左下角邊緣處第一步：以人體左下角邊緣處O點為原點繪出直角坐點為原點繪出直角坐標(biāo)系（標(biāo)系（OXY）。）。第二步：第二步： 確定各環(huán)節(jié)點位置。確定各環(huán)節(jié)點位置。第三步：第三步： 確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上確定頭和手的重心位置。頭的重心在耳廓上緣中點正面觀時在兩眉間，手的重心在中指的掌指關(guān)緣中點正面觀時在兩眉間，手的重心在中指的掌指關(guān)節(jié)處。節(jié)處。第四步：第四步：