Элементы биомеханики - Курсовая работа

Деформация растяжения (сжатия) возникает в теле при действии силы, направленной вдоль его оси. где l0 - исходный линейный размер тела. Деформация ? (относительное удлинение) определяется по формуле ? - безразмерная величина. Мерой сил, стремящихся вернуть атомы или ионы в первоначальное положение является механическое напряжение ?. При деформации растяжения напряжение ? можно определить отношением внешней силы к площади поперечного сечения тела: Упругая деформация подчиняется закону Гука: где Е - модуль нормальной упругости (модуль Юнга - это механическое напряжение, которое возникает в материале при увеличении первоначальной длины тела в два раза). Точка В - это предел упругости т.е. максимальное напряжение при котором еще не имеет место деформация, остающаяся в теле после снятия напряжения.Представим некоторые реологические модели. а) Модель упругого тела - это упругая пружина. Напряжение, возникающее в пружине, определяется законом Гука: Если упругие свойства материала одинаковы во всех направлениях, то он называется изотропным, если эти свойства неодинаковы - анизотропным. б) Модель вязкой жидкости - это жидкость, находящаяся в цилиндре с поршнем, неплотно прилегающим к его стенкам или: - это поршень с отверстиями, который движется в цилиндре с жидкостью. Для этой модели характерна прямо пропорциональная зависимость между возникающим напряжением ? и скоростью деформации где ? - коэффициент динамической вязкости. в) Реологическая модель Максвелла представляет собой последовательно соединенные упругий и вязкий элементы. Работа отдельных элементов зависит от скорости нагрузки общего элемента. Если к модели приложить силу, то пружина мгновенно удлиняется, а поршень движется с постоянной скоростью.Под механическими свойствами биотканей понимают две разновидности: Первая (активная) связана с процессами биологической подвижности: сокращение мышц, рост клеток, движение хромосом в клетках, их деления и т.д. Биологическая ткань - композиционный материал, образованный объемным сочетанием химически разнородных элементов и обладающий реологическими свойствами, отличающимися от свойств отдельных компонентов биоткани. Механические воздействие на биоткани вызывают в них деформации и напряжения, появляется механическое движение, распространяются волны.Прочность костной ткани зависит от химического состава, общей структуры, системы внутреннего армирования, количества и прочности компонентов, ориентации основных компонентов по отношению к продольной оси кости, возраста, плотности, индивидуальных условий роста и.т.д. Компактная костная ткань представляет собой среду с пятью структурными уровнями. С увеличением возраста в костной ткани протекает ряд изменений. При старении биологическая активность уменьшается, меняется степень минерализации, а также порядок расположения минеральных кристаллов и остенов, уменьшается количество связующего вещества, некоторая чать ткани исчезает и появляются поры. Представим предел прочности костной ткани и ее компонентов при сжатии и растяжении: Вид ткани Сжатие РастяжениеПрочностные и деформационные свойства стенок кровеносных сосудов и изменение этих свойств (с возрастом) имеет большое значение для медицины. Кровеносные сосуды состоять из трех концентрических слоев: внутренний - интима; средний - средняя сосудистая оболочка; наружный - внешняя сосудистая оболочка. Механические свойства кровеносных сосудов обуславливаются, главным образом, свойствами средней сосудистой оболочки, состоящий из коллагена, эластина и гладких мышечных волокон. Гладкая мышца осуществляет активное поведение кровеносных сосудов, так как в результате ее сокращения меняется диаметр кровеносного сосуда и механические свойства сосудистой стенки в целом. Кровеносные сосуды обладают криволинейной ортотропией (т.е. их механические свойства в радиальном, осевом и кольцевом направлениях существенно различны).

План

1. Деформация и ее виды

2. Основные характеристики деформации. Закон Гука для упругой деформации

3. Реологическое моделирование биотканей

4. Механические свойства биотканей

4.1 Механические свойства костной ткани

4.2 Механические свойства ткани кровеносных сосудов

1. Деформация и ее виды деформация биоткань механический костный сосуд