片断：第一章导论一、人体材料力学的任务及研究方法生物力学是将力学应用于生物学，用力学原理研究生物体生命活动规律的一门学科，是由力学、解剖学、生理学和生物化学等学科相互渗透而产生的一门边缘学科。作为一门独立的学科，它是在本世纪60年代以后才迅速发展起来的。近年来，生物力学对人体运动分析、疾病原因研究、各种假体和人工脏器的设计乃至对体育科学、人类学、宇航学等的发展都发挥了极其重要的作用。生物力学是一门研究领域广泛，内容非常丰富的学科。从研究细胞、组织、生物纤维的构造与力学性态的关系的微观生物力学，到研究各种动、植物和人以及整个生物系统和外界环境的相互作用等，都属于生物力学的研究范畴。生物量子力学、生物热力学等是生物力学中具有高度理论性的分支；创伤力学、医用生物力学、运动生物力学等则是一些实用性很强的分支。作为生物力学的一个方面，人体材料力学主要研究人体固体材料的力学性质。人体固体材料包括骨、肌肉、肌腱、韧带、皮肤、血管等。它们不是理想的弹、塑性材料或粘弹性体，有着各自的力学特性。骨的力学性质相似于机械和建筑材料，比较易于了解，现在对骨的认识也比较完全和准确。而人体中的肌肉、肌腱、韧带、皮肤、血管等软组织具有一定的粘弹性性质，而且软组织种类多，情况复杂，各自的力学性质不同，因此研究时必须注意材料试验结果，将试验情况与理论分析结合起来。遵循力学的一般研究方法，对人体材料力学性质的研究有下述步骤：（1）研究人体材料的结构。解剖学可以使我们了解研究对象的几何构造。（2）测定骨、肌肉和肌腱等材料的力学性质，建立材料的本构方程。这是研究人体材料力学性质的中心问题之一。在生物力学研究中，因为不能将骨、肌肉和肌腱等材料剥离进行试验，特别是不能维持其活体状态，这一步往往非常困难。再有，生物材料往往产生大变形，同时应力—应变关系一般是非线性的，并有赖于历程，很难确立非线性的本构方程。解决的方法是，先建立材料本构方程的数学形式，再通过实验进行验证，修改数学公式，确定数学参量。（3）根据本构方程和物理学中的基本定律建立描述材料性质的微分方程。（4）用解析法或数值法求解所建立的具有一定边界条件的微分方程。（5）进行生理实验，对上述边界值问题的解进行验证，修改理论推导结果，使理论与实验相一致。通过一系列反复的研究，从定性和定量两方面对问题进行了解，以期通过材料力学性质的变化来推测器官机能的变化。目前许多问题还不能按上述步骤得到满意的解决，主要原因是难以满足建立活体组织本构方程所需的实验条件。如果将人体组织与器官从其所处环境中分离出来，则不能获得描述活体组织力学性质的微分方程的边界条件，从而不能获得边界值问题的解。
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