一、名词解释
1. 力学基本概念
力:力是物体间的机械作用,这种作用使物体的机械运动状态发生变化或使物体的形状发生变化。
内力:在外力作用下,引起构件内部相互作用的力。
力偶:作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力称为力偶。
力矩:位矢(L)和力(F)的叉乘(M)即力对点之矩,度量了力对物体的转动效应。
应力:内力在截面上的聚集状态,以分布在单位面积上的内力来衡量,即为应力。
应变:材料承受应力时所产生的单位长度变形量。
约束:由周围物体构成的阻碍非自由运动的限制条件,称为该非自由体的约束。
约束反力:约束对物体的作用力。
张力:受到拉力作用时,物体内部任一截面两侧存在的相互牵引力。
周向张力:取任意通过管轴的纵截面,截面管壁之间有垂直于截面的拉力,该拉力与管长度L之比为单位管长的作用力Tc,Tc方向与圆周方向切向一致,称为周向张力。
轴向张力:取垂直于管轴的横截面,截面两侧有垂直于该截面的拉力,平行于管轴。作用于单位周长上的该力则称为轴向张力。
正应力:垂直于截面的应力分量称为正应力(或法向应力,用σ表示),表示零件内部相邻两截面间拉伸和压缩的作用。
切应力:相切于截面的应力分量称为剪应力(或切应力,用τ表示),表示相错动的作用。
弹性模量:在材料变形的弹性阶段,正应力σ与应变的线性关系满足胡克定律σ=Eε,其中E是弹性模量。
粘弹性:兼有弹性固体和粘性流体的双重特性,具有应力松弛、蠕变和弹性滞后三个特点。粘弹性体内部的任一点在任意时刻的应力状态,不仅取决于当时当地的应变,而且与应变的历史过程有关,是记忆的。
应力松弛:当负荷作用于物体使之突然发生应变后,如应变保持一定时,其应力随时间逐渐减小的现象。
蠕动:物体在定值应力τ0的作用下,其应变随时间增加的现象。
表观粘度:是非牛顿流体的剪应力τ与剪切速率du/dy的比值,因其与牛顿流体的粘度类似,又不尽相同,故称为表观粘度。μa=τ/(du/dy)
2.
血压:指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力,即压强。由于血管分动脉、毛细血管和静脉,所以,也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压。通常所说的血压是指动脉血压。当血管扩张时,血压下降;血管收缩时,血压升高。
定常流:流场中任一点的流动参数(压力,速度和密度等)不随时间变化的流动。
脉动流:紊流(湍流)中一点处某物理量围绕其时间平均值随机变动的现象。
牛顿流体:是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。
非牛顿流体:是剪应力和剪切变形速率之间不满足线性关系的流体。
泊肃叶流动:现在流体力学中常把粘性流体在圆管道中的流动称为泊肃叶流动。
心脏射血分数(其正常值):每搏输出量占心室舒张末期容积量的百分比。一般50%以上属于正常范围,人体安静时的射血分数约为55%~65%。射血分数与心肌的收缩能力有关,心肌收缩能力越强,则每搏输出量越多,射血分数也越大。
二、简答
1. 骨折:复合力、弯曲力、扭转力、压缩力、拉伸力
2. 弹性蛋白纤维、胶原蛋白纤维和平滑肌的应力-应变曲线
弹性蛋白纤维的滞后环很小(这意味着什么?)
胶原蛋白纤维的滞后环较弹性蛋白纤维大
平滑肌的滞后环最大
无论滞后环还是应力松驰均甚微,意味着弹性蛋白纤维接近于完全弹性体,拉伸弹性模量较小。
弹性蛋白纤维基本没有应力松弛
胶原蛋白纤维的应力松弛较弹性蛋白纤维显著
平滑肌的应力松弛非常显著,最终可趋于零
3. 生物力学研究方法:
可参考的生物力学研究思路如下:
①确定研究对象的形态和解剖结构的几何特征。
②测定生物材料的力学性质,确定应力和应变关系的本构关系。
③根据力学原理,如质量守恒、动量守恒、能量守恒、Maxwell方程和材料的本构方程等,建立所研究器官或系统的数学模型,确定边界条件。
④用解析方法、近似方法或数值方法求解数学模型。
⑤ 设计和实施相应的生理学实验,得到相应的实验数据。
⑥对实验数据和从模型中得出的相应仿真结果进行分析比较,验证所建立力学-数学模型的有效性,根据情况对模型本身或模型的求解方法进行修正,直到问题得到圆满解答。
4.
密封的不可压缩的流体承载载荷时,内部将产生压力,其压力将均匀地作用在其支撑表面上。
5.动态静压力形成的条件:
1)密封的容器;
2)装有流动的不可压缩的介质;
3)外力作用试图压缩介质。
6. 血管壁内弹性纤维和胶原纤维的含量对动脉的力学性质有何影响?
弹性纤维:无论滞后环还是应力松驰均甚微,接近于完全弹性体,弹性模量变较低。
胶原纤维:有明显的滞后环和应力松驰,很小的应变就会引起很高的应力。
当血管壁径向扩大增大时,刚性很快增加的原因:在应变不大时,大部分胶原纤维是松弛和卷曲的,所有应力由弹性纤维承受;当血管径向扩大使应变增大时,胶原纤维被拉直,它承受的应力增大。由于胶原纤维比弹性纤维弹性模量大的多,因此,血管壁刚性增强,以防止血管极度的膨胀。
7. 红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因?
在静止状况下,红细胞在血浆中聚集形成红细胞缗钱状聚集体,随切变率的升高,这种立体结构逐渐破坏;随着切变率的进一步升高,红细胞缗钱状聚集体逐渐解聚,血液的表观粘度随之降低;当切变率达到一定值时,红细胞缗钱状聚集体几乎分解成单个红细胞。因此红细胞聚集是影响低切变率下血液非牛顿性的主要原因.
8. 红细胞变形是影响高切变率下血液非牛顿性的主要原因?
在血液流动中,红细胞会在流体动力的作用下变形。在应力很小时,红细胞会被拉长;当应力进一步增大,红细胞就有明显变形,并随流线方向排列,致使血流阻力降低,全血粘度下降;当切变率增大到一定值时,红细胞变形和取向达到极限,不再随切变率变化,血液表观粘度趋于常数。
9. 影响动脉血压的因素?
①心输出量:其大小直接影响动脉血压,心输出量多,血压升高,输出量少,血压下
降。输出量的多少决定于每搏输出量和每分钟的心搏频率,如每搏输出量不变而心搏频率增加,则动脉血压明显上升,一般对舒张压影响较大,心输出量增加使舒张期缩短,舒张压也上升,脉搏压减小。如心搏率不变只是每搏输出量加多,则收缩压明显升高,舒张压稍有增加,因而脉搏压加大,收缩压主要反映每搏输出量的多少。
②血管外周阻力:其改变对收缩压和舒张压都有影响,但对舒张压的影响更为明显。外周阻力减小使舒张压降低,脉搏压加大。外周阻力加大,动脉血压流速减慢,舒张期末动脉存血加多,使舒张压升高,脉搏压减小。可见舒张压的高低可以反映外周阻力的大小。高血压病患者由于动脉硬化会使外周血管阻力过高,从而导致动脉血压特别是舒张压的显著升高。
③大动脉管壁的弹性:有缓冲动脉血压升高的作用,可以降低脉搏压,在健康成年人正常动脉血压的保持中起一定作用。老年人很多血管弹性纤维和平滑肌逐渐被胶原纤维所取代,血管壁的弹性大减,缓冲血压升高的作用相应减弱从而导致血压上升。
10. 动脉顺应性的定义是什么?它与动脉的可扩张能力有什么关系?
度量动脉可扩张能力的指标,它表示动脉内压力改变一个单位,对应的动脉
管腔容积的变化量。动脉的顺应性C值越大,说明同一压力变化所引起的动脉管腔容积的变化量也越大,即动脉的可扩张能力越大。
三、计算
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