运动生物力学：研究人体运动器系的生物力学特征和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动规律的科学。
说明不同载荷作用下骨密质的特性
(1)拉伸
骨组织在拉伸载荷下断裂的机理主要是结合线的分离和骨单位的脱离。
(2)压缩
骨干最经常承受的载荷是压缩载荷，而且压缩负荷能够刺激新生骨的生长，促进骨折的愈合。人股骨所能承的最大压缩强度比拉伸强度大36％左右。
(3)弯曲
当骨承受弯曲载荷时，骨要同时受到拉伸和压缩，应力的大小与至骨干中性轴的距离成正比．距中性轴越远，应力越大。
(4)剪切
骨剪切载荷时其内部发生角变形。骨密质的剪切强度要大于骨松质的剪切强度。
(5)扭转
当骨发生扭转时，整个骨都有剪应力分布，且剪应力的量值与其距中性轴的距离成正比，距中轴越远，剪应力越大。
(6)复合载荷
活体骨承受载荷是很复杂的，多属于复合载荷。
（7）冲击载荷
骨在冲击载荷作用下产生损伤的程度和损伤的形式，一方面取决于冲击载荷具有的能量大小，另一方面还取决于冲击载荷作用的时间。
简要说明骨疲劳的过程
人在不断运动的过程中，骨会反复受力，当这种反复作用的力超过某一生理限度时会使骨组织受到损伤，这种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳性损伤。
应力松弛：若应变保持一定，则应力随着时间的增加而下降，称为应力松弛。
蠕变：若应力保持一定，应变随着时间的增加而增大，称为蠕变。
滞后：对物体作周期性加载和卸载，加载和卸载时的应力-应变曲线不重合，称为滞后。
?骨骼肌的三元素功能模型由收缩元，串联弹性元，并联弹性元3部分组成。
立定跳远的运动生物力学分析立定跳远成绩通常被作为评定学生身体素质好坏的一个重要指标，同时它也 经常作为运动员选材的一个重要依据。运动生物力学是一门理论与实践密切结合 的应用科学,?它直接为增强人民体质和提高运动技术水平服务。以运动力学原理来分析立定跳远各个阶段的动作技术,找出提高立定跳远技术的途径,寻求最佳立定跳远技术,以帮助提高立定跳远的成绩。换句话说,就是从这个角度来分析立定跳远应该怎么跳,为什么要这么做,如何提高立定跳成绩。立定跳远属于抛射点与落地点在同一水平面上的抛射运动,?根据远度公式得知,影响抛射远度的主要因素是腾起初速度,又根据动量定理,?要求练习者在预蹲后应立即摆臂,蹬地跳起,蹬地应快猛干脆利落。因此,在进行完整连贯地练习立定跳远时应注意以下一些动作技术方面的问题。 动作各阶段分析 1、预蹲预摆阶段。双腿预蹲与双臂预摆是同时进行且运动方向完全相反。当双腿下蹲时，双臂由前下方经体侧向后上方摆动，上体稍前倾。这个阶段应注意四个问题。 （1）下蹲的程度，是微蹲、半蹲或是全蹲应明确。立定跳远时下蹲程度要求是微蹲，这时，人体的肌肉初长度被拉长达到了最适宜的程度。若是半蹲或全蹲就不符合人体肌肉的工作特点，变成了有意识地放慢下蹲的速度而延长力的作用时间，这样会降低肌肉的收缩力量，不利于形成强大的肌肉收缩力即爆发力。 (2)预蹲摆后能不能停顿。立定跳远动作要求是不能停顿的，当预蹲预摆后应接着迅速完成蹲地动作的，其主要原因是：停顿是把连贯的动作变成静力性动作，而静力性动作较连贯性动作易使肌体产生疲劳。。 (3)摆臂的程度。预蹲时双臂后摆应做到自然，不能强扭使摆幅加大，蹬地时双臂前摆应尽力前上方摆起，以最大程度地提高身体重心。 (4)明确预蹲摆的次数是不是越多越有利于起跳。立定跳远要求只预蹲摆一至二次，并不需要进行多次的重复。多次的重复预蹲预摆不利于充分利用肌肉的弹性，同时由于肌肉松驰现象的存在，不利于肌肉产生最大收缩强力。 2蹬地结束后人体腾空到最高点阶段。预蹲结束应立即摆臂与蹬地跳起，蹬直双腿，上体尽量前送，人体在达到最高点时成一斜线，这时候整个人体也应该是遵循角动量守恒定律的。 3人体从最高点到安全落地阶段。人体蹬离地面后，由于上体尽量前倾，在最高点时，是成一条斜线根据角动量守恒定律，当人体在腾空后，在不改变外力矩作用时，身体某一环节若以一定大小的动力矩绕转轴向某一方向产生转动，必然导致身体其他环节以等量大小的动力矩绕转轴向相反方向发生转动。这时，若不急剧挥臂，向前屈体并做收腹举腿，必然导致人体按原来斜线状态落地。为保证安全落地，必定要使下肢向反方向发生转动，并且小腿前伸着地，保证了上肢上体与下肢转动的动量矩矢量和为零，才能顺利地落地。 为了提高立定跳远的成绩，在进行动作练习时还应注意以下一些训练方法的问题： 1从抛射原理的射程公式中我们可得知：初速度与远度是成正比的，初速度是影响远度的主要因素。因此，在训练中必须着重提高初速度以提高远度。由于
体育运动中踝关节损伤的生物力学研究新进展 体育运动中踝关节损伤很常见，国内外对踝关节的生物力学特性及其影响因素有很多报道，本文就体育运动中踝关节损伤的生物力学研究新进展进行综述。 标签：踝关节；生物力学；体育运动 中图分类号R322.7 文献标识码 A 文章编号1674-6805(2012)18-0139-02 踝关节损伤在体育运动中很常见。据近期文献[1]报道，在所有体育运动相关的损伤中，踝关节损伤约占25%。踝关节损伤以韧带损伤为主，Fong等[2]调查指出体育运动中踝关节韧带损伤率约占踝关节总体损伤率的80%。踝关节的损伤不仅会影响运动员的正常比赛及训练，如处理不当还会产生踝关节不稳以及退变性骨关节炎等慢性损伤。踝关节损伤机制的研究一直都为国内外运动医学研究的重点，近年来，随着生物力学新技术的出现，国内外对踝关节着陆伤机制的研究也有了更好的理解。本文就体育运动中踝关节着陆损伤的相关生物力学文献综述如下。 1踝关节容易发生损伤的解剖学基础 踝关节包括胫距、胫腓和距腓三个关节面，主要保证足部背伸、跖屈、翻转、旋转的功能。胫腓骨远端的内踝、外踝共同行成的踝穴，距骨和踝关节内外侧不能完全匹配，这是踝关节容易发生旋转的解剖学基础。在跳起着陆过程中，踝关节逐渐从跖屈位变换到背伸位，在此过程中踝关节面间的接触面积不断增加，而单位面积受力不断减少，在着陆稳定时，距骨内外侧关节面与胫腓骨间的接触面积最大[3]。踝关节的稳定与韧带的关系密切。踝关节外侧有外侧韧带加固，它起自外踝，分三束止于距骨前外侧、外侧和距骨后方，被分别称为距腓前韧带﹑跟腓韧带和距腓后韧带。外侧韧带是踝部最薄弱的韧带，也是着陆过程较易损伤到的结构。踝关节内侧有强大而坚韧的三角韧带加固。三角韧带的解剖结构多而细小，其维持关节生物力学稳定的机制复杂。Boden等[4]认为，踝关节的稳定性主要依赖于内侧结构、外侧结构和下胫腓联合的稳定性，此三个结构中有两个是稳定的，则踝关节稳定。在踝关节处于跖屈或背屈位时，三角韧带对踝关节及小腿的旋转稳定性会起到非常重要的作用。Michelson等[5]认为踝关节处于极度背伸和跖屈位时，踝关节均内翻，而三角韧带可以有效限制距骨外旋而保证踝关节的稳定。 2踝关节损伤的生物力学研究进展 2.1生物建模与三维有限元 采用生物建模来对足部的应力分布进行研究可以为踝关节落地损伤提供足部生理学和病理学方面的证据。建立适当的踝关节生物力学模型成为足部生物力学研究的重点。三维有限元技术可以利用CT或MRI扫描技术获取正常踝关节的各种三维坐标值，然后输入有限元分析软件而建立起踝关节的有限元模型。它不仅可以有效地仿真人体骨骼肌肉系统，还可以推测内部骨组织及软组织的应力分布变化[6]。同传统生物力学的研究相比，三维有限元法还具有费用低、应用广、适应性强的优点。陶凯等[7]运用三维有限元模型量化了不同姿势下的足底压力分布、踝关节内部软组织应力分布以及跳起着陆时足弓的变形对足部生物力学特性的影响。Cheung等[8]运用MRI图像建立了高度解剖学相似的踝部有限元
运动生物力学 运动生物力学：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械规律的科学。 运动生物力学的主要任务：提高运动能力，预防运动损伤 运动生物力学的研究方法分为测量方法和分析方法，其中测量方法可以分为运动学测量、动力学测量、人体测量、肌电图测量 运动学测量的参数：（角）位移、（角）速度、（角）加速度 动力学测量的参数：主要界定在力的测量方面。 人体测量是用来测量人体环节的长度、围度及,（质量、转动惯量等） 肌电图测量是用来测量肌肉收缩时的神经支配特性。 动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方法或顺序 动作结构的特征主要表现在运动学和动力学，运动学特征指完成动作时的时间、空间和时空方面表现出来的形式或外貌上的特征；动力学的特征指决定动作形式的各种力（力矩）相互作用的形式和特点，包括力、惯性和能量特征。 运动学特征：时间特征、空间特征和时空特征 时间特征反映的是人体运动动作和时间的关系：半蹲起立和深蹲起立 空间特征是指人体完成运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置 改变状况：下肢和躯干等空间移动轨迹 时空特征指人体完成运动动作时人体位置变化的快慢情况。 动力学特征包括，力的特征、能量特征和惯性特征 能量特征：人体运动时完成的功、能和功率方面的表现形式。 惯性特征：人体运动中人的整体、环节以及运动器械的质量、转动惯量对运动 动作所具有的影响。 动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术叫做动作系统。 人体基本运动动作形式可主要归纳为推与拉动作、鞭打动作、缓冲和蹬伸动作及扭转、摆动和相向运动等动作形式 上肢基本运动动作形式——推（铅球）、拉（单双杠）、鞭打（标枪）★人体基本运动下肢基本运动动作形式——缓冲、蹬伸、鞭打 动作形式全身基本运动动作形式——摆动、躯干扭转、相向运动 人体的运动是由运动器系的机能特征所决定的，即以关节为支点，以骨为杠杆，在肌肉力的牵拉下绕支点转动，各肢体环节运动的不同组合使人完成千变万化的动作。 生物运动链根据其结构特点可以分为开放链和闭合链。见书P28-图2-15 生物运动链中的杠杆同机械杠杆一样也分为平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆 人体中的三类骨杠杆：见书P30-图2-16 ★人体惯性参数是指人体整体及环节质量、质心位置、转动惯量和转动半径 人体简化模型：质点模型、刚体和多刚体模型
运动生物力学研究方法综述 摘要：采用文献资料法、逻辑分析法,根据现代运动生物力学发展的规律与特点,对现代运动生物力学研究方法进行一定层次的归纳分类、特征分析,认为现代运动生物力学研究方法具有科学化特征、实用性特征和实验研究与辩证思维分析相结合特征,并进一步提出应用现代运动生物力学研究方法应注意的主要问题与建议。 关键词：运动生物力学;研究方法;测量手段 一、运动生物力学的发展过程 1 启蒙阶段 早在公元前,就有很多自然科学家和哲学家对日常生活中人和动物的力学问题产生了浓厚的兴趣,15世纪末,意大利著名科学家列奥纳多·达·芬奇(Leonardo Da Vinci)用人的尸体研究解剖学,并在此基础上借助力学研究人体的各种姿势和运动,指出人体运动符合力学定律,奠定了运动生物力学的雏形。 1 . 2 初步形成 20世纪,由于体育学及医学的飞速发展,很多运动中的力学问题日益凸显并亟待解决,随着各类电子设备、精密仪器等测试工具的发明为解决这些问题创造了前提条件。结合解剖学、物理学使运动生物力学这门边缘学科应运而生。 1 . 3 发展阶段 1967年苏黎世召开了第一届国际生物力学会议,1973年8月在美国宾夕法尼亚大学召开的第四届国际生物力学会议上将运动生物力学从生物力学中划分出来,成立了国际运动生物力学学会(简称ISBS),运动生物力学正式成为独立的一门学科。1982年6月20日,在美国加利福尼亚召开第一次国际运动生物力学会议,从此,运动生物力学的研究工作在全世界蓬勃开展。我国于1980年成立了下属中国体育科学学会的运动生物力学分会,并于2005年在北京成功举办了第23届国际运动生物力学会议。 二、运动生物力学研究方法的分类 从研究的形式上，可分为理论研究方法和实验研究方法两大类，实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上，可分为物理学研究方法、生物学研究方法和系统研究方法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析方法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究方法为主，生物学的研究方法为辅，综合运用多种实验手段[3]。 美国的理查德·C.尼尔森把运动生物力学的研究方法大致概括为如下五种：（1）研究特定的运动项目或其中的某一环节的生物力学，这种主要对于运动员、尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。（2）研究多个运动项目中共同包含的运动动作（如着地、起跑等动作）的生物力学。最大好处是建立一种一般性的理论，这个理论是建立在经典力学定律之上，或是建立在共同的神经控制模式之上。（3）被称为运动生物力学的评定方法，如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。（4）指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。（5）讨论在运动中人体器官的生物力学。 中国的周里将研究的方法分为高速摄影（二维与三维）、录像、测力、肌电、肌力测试系统、同步测试、理论分析和CT、核磁共振其他方法[4]。 三、运动生物力学研究方法的现状分析
【关键词】生物力学 随着交通事故及工伤事故增多，骨盆骨折发病率逐年增多，目前已占骨折总例数的1%~3%，骨盆骨折病死率在5%~20%左右，致残率高达50%~60%。以往骨盆骨折以保守治疗为主，20 世纪70年代广泛应用骨盆外固定器，80 年代开展了切开复位内固定术治疗不稳定骨盆骨折,近年来骨盆骨折手术治疗方法不断涌现，使稳定骨盆技术取得了突破性进展[1]。本文拟就骨盆环损伤和内固定的生物力学研究进展作一综述，以期对进一步提高骨盆骨折的诊治水平提供力学上的参考。 1 正常骨盆的生物力学及致伤外力研究 骨盆环由各韧带将髋骨与骶骨连接而成, 前环结构是耻骨联合和耻骨支, 对骨盆的稳定作用占40% , 后环结构由骶髂关节、周围韧带、骶棘韧带及骶结节韧带构成, 其稳定作用占60%。骶髂后负重复合体的稳定除骶骨和髂骨外，还依赖于坚强韧带，主要是骶髂韧带，骶结节和骶棘韧带的完整。 骨盆环损伤分为稳定性损伤和不稳定性损伤两类。稳定的骨盆定义为在生理条件下的力作用于骨盆上而无明显的移位；不稳定骨盆的定义为垂直方向的不稳定，即后骶髂复合由于骨和韧带的移位所造成的不稳定。tile[2]认为，作用在骨盆上的暴力分为外旋暴力，内旋暴力和垂直剪切力3种。外旋暴力常由于外力作用于髂后上棘或作用于单髋或双髋上的强力外旋力所造成，并引起“开书型”损伤，即耻骨联合分离。如外力进一步延伸，则可引起骶髂前韧带和骶嵴韧带损伤；内旋暴力或侧方挤压力可由暴力直接作用在髂嵴上而产生半骨盆向内旋转或所谓“桶柄式”骨折，或外力间接通过股骨头作用于骨盆产生同侧损伤；垂直剪力为纵向暴力，可造成骨盆的纵向明显移位和广泛软组织的破坏。外旋力造成的开书型损伤在外旋位是不稳定的，而内旋力或侧方挤压伤所造成的“关书型损伤”在内旋位是不稳定的，但两者在垂直平面上是稳定的。如骶髂后复合同时撕裂，则垂直亦不稳定，这将造成整个骨盆的不稳定。 2 骨盆环损伤治疗的生物力学 目前对不稳定型骨盆环损伤手术复位内固定已逐渐成为治疗原则。letournal根据损伤部位将骨盆损伤分为前环和后环损伤。前环损伤：①单独耻骨联合分离；②闭孔环或相邻耻骨支纵行骨折；③髋臼骨折。后环损伤：①不累及骶髂关节的髂骨骨折；②半月形骨折—骶髂关节骨折错位并累及髂骨或骶骨骨折；③单纯骶髂关节分离；④骶骨骨折。以下将分述前后环各种内固定方法的生物力学研究进展。 不累及骶髂关节的髂骨后部骨折较为常见亦造成骨盆后环不稳。simonian[12]对采用钢板、拉力螺钉及钢板与拉力螺钉联用固定，进行实验研究证明, 不同内固定控制骨折端移位效果明显不同, 拉力螺钉或重建钢板可稳定骨折, 联用可加强稳定。郭晓山[13]等运用“髂骨后柱螺钉”经皮固定髂骨后部骨折，认为此类固定是中心性固定，固定可靠。
根据我的临床经验，当将矫形鞋垫直接热塑形至患者足部或使用承重泡沫盒石膏时，前线方法是找到患者立姿跟骨中立位(NC SP)的最好方法。我认为，使用此方法可在使用和安装ICB矫形鞋垫时获得更为成功的疗效。 我发现在跟骨等分和胫骨下方1／3处排成直线的位置打上石胃对患者非常有益。这个位置通常称为立姿跟骨中立位(NCSP)。我研究并茌我的诊所中应用的一个简单方法是基于对齐胫骨前侧，从而对齐胫骨后侧。 热塑形矫形鞋垫时，－IAS前线方法尤其有用，因为患者穿上鞋子后，只能从前方观察到“中立”位置。根据我的病例研究和诊所应用，此方法能够获得所需效果－NCSP。因此，前侧调整和后侧调整呈现出某种联系。 此方法还可用于在患者仰卧或在足部STJN位置使用管形石膏或泡沫箱时，确定STJN 位置。 我了解目前关于在患者的NCSP使用矫形鞋垫以及是否会让患者受益还存在很多猜想。然而，我自己和我的诊所中其他足病诊疗师以及专业医疗人员已成功采用了这个系统，处方了超过110,000双矫形鞋垫。我们收到的患者结果和反馈意见就是不言自明的证据。当然，矫形鞋垫不能严格维持患者走路时的立姿跟骨中立位，因为我们需要患者的生物力学允许一些代偿性旋前一约40-50使用100%EVA制作的热塑形ICB矫形鞋垫时，这一点通常可以做到。 过去我使用距舟骨方法找到立姿跟骨中立位，偶然发现一些患者出现骨性肿块通常是在外侧一让我无法使用此方法获得关节的一致性。出现这种称为“伪距骨头”的原因尚不明确。可能是由于受伤或遗传原因出现骨质增生无论怎样，当我尝试找到一致性时，患者的足部似乎呈现外翻/旋前。为解决此问题，我开发了NAS前线方法，作为获得一致性（中立位>快速有效的方式。此方法还可用于在患者处于承重姿势时，向患者示范和讲授（此技术的视频片段可在。 我在该方法中加入了局部参考点，因为我们无法将手指放人实际的距下关节内。因此，我们需要使用局部参考点才能获取距舟关节的一致性，建立中立位(NCSP)。 该NAS前线方法还可用于在患者仰卧位检查前足畸形时获得相同的结果：前足外翻、前足内翻和内翻足、背屈和跖屈的第一跖骨。仰卧位让患者在检查台上移动最少，以进行更为高效的评估过程。 N AS前线方法过程包括如下步骤：
·运动医学· 从运动生物力学原理谈运动损伤 的发生原因及防治 戈定(同济医科大学式汉‘30030) 摘要:运动损伤的发生原因多种多样，但从根本_卜讲.上要是由于运动训练及技术动作违背r 运 动解剖学、生理学及生物力学的科学原理所致。本文欲探讨此力一面生物力学的原因及防治方法。 关键词:运动生物力学，运动损伤，原因，防治 On the Causes of Exercises Injury and Prevention，Treatment from the Perspective of Sports E3iomechanics (*e Dcn} (Tuug.lt Me
肌肉骨骼系统基础生物力学（第3版翻译版）【(美)Margareta Nordin 等著邝适存郭霞译 本书分3篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的组织结构、关节力学及 临床应用，包括对肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能评定、创伤 的力学机制、临床力学结构重建等相关的最新研究信息。同时也涉及肌 肉骨骼系统的分子和细胞生物学的研究进展 郭霞 博土早年毕业于北京医科大学，曾做过骨科临床医生，后在德国从事骨科临床及基础研究工作多年。现任职于香港理工大学康复医疗科学系，从事骨科康复研究及教学工作。她文通中英语，学贯骨科临床与基础，具备了编写这部词书的优越条件。本书编校人员本着治学严谨的原则，用六年时间参阅了中英文有关名词的权威性著作8部，相关的临床及科研期刊7种，专业网址4个编辑成此书。初稿完成后又广泛征求意见，反复推敲内容，最后定稿。序言 生物力学是了解人类肌肉骨骼系统的根基，用以协助医科和康复专业人士进行有效的评估，设计实证治疗方案，为肌肉骨骼疾病患者提供有效的治疗服务。 本书的英文原著深受学生、老师、研究员和临床医师的欢迎，是学习生物力学的热门教科书。课本内容按组织类型、结构和关节三大篇章依序编辑，大大方便了读者掌握不同课题的概念和原理；课本也收进了几篇有关生物力学应用的文章，以解决常见的临床问题。这样的内容编排迎合了医科和康复科学生及临床医师们的学习需求。本书内容丰富，附有详细图解，适合专业学习及深造研究之用，并且透过实例解析，加深读者对生物力学的概念。 这本教科书的中文译本由香港理工大学康复治疗科学系的副教授邝适存博士和郭霞博士领导编译。邝博士专攻生物工程，郭博士则专长研究骨骼成长与修复。出版中文译本的原意与本系的学术理念非常相符，同样着重可转化和以实证为本的临床研究。作为亚洲区内康复治疗科学领域的学术先锋，中文译本的出版，让以中文为母语的学生和临床医师们，能够学习和应用生物力不于医科和康复治疗领域，获益良多。
运动鞋的生物力学分析 班级：本硕121 姓名：孟宪章学号：5702112111 摘要：运动鞋科技的每一项进步都离不开生物力学研究。无论国际品牌Nike和Adidas， 还是以李宁为代表的国内一线品牌，其核心技术的创新都必须遵循人体运动的生物力学原理。足的结构与力学功能问题、“足—鞋—地”相互作用的力学问题、鞋体材料与结构的运动功效问题以及足的骨结构生物力学模型问题，一直以来都是运动鞋生物力学研究的主题。国内外的品牌运动鞋的核心技术也都大同小异，主要是：模拟裸足、足跟控制、缓震减震。能量回归。 1 足的生物力学研究 足作为下肢的末端环节，通过直接或间接与外界接触，并发生力的相互作用，从而改变人体的运动状态。因此，足的结构与运动功能的生物力学问题是运动鞋生物力学研究的基础。足的生物力学研究主要涉及足的结构与形态分析、足的运动学测量分析、足的动力学测量分析和足的生物力学建模分析。 1．1足的形态与结构分析 足的形态与结构测量，借助了现代影像技术及电子技术，如三维足部扫描系统、X光、CT和MRI动态扫描系统等都早已运用于不同功能运动鞋的设计与制作。基于CAD计算机辅助设计并结合数字化技术的脚型测量系统，则使脚型测量更加简单快捷，个性化运动鞋的设计已变得十分方便。 1．2足的运动学测量分析 Siegler等研究了人体踝关节和距下关节的三维运动学特征，提出的重要结论对认识踝关节、距下关节以及在旋转、内翻等足运动过程中的作用具有指导意义。Sammarco利用瞬时旋转中心的方法考察了踝关节在背屈和内翻动作中的运动学特征。EIlgsbe利用有限螺旋轴法研究了跟距关节的三维运动学特征。Root等不仅提出了足部形态结构影响足部运动功能的观点，而且，采用三维影像技术研究了足的运动学特征，为足的运动学测量分析提供了理论与方法基础。 1．3足的动力学测量分析 Vlorton是最早利用复印技术记录足部压力分布的学者，他所设计的运动图像技术，其原理是利用橡胶的弹性把压力转换为相应比例的变形。随后，出现了用铝箔取代墨水和纸张作为复印介质的改进技术。之后通过记录即时压力曲线，并获得足底压力分布的运动图像技术随后开始出现。Elfamu的自动压力计便是这一技术的应用成果，第二代自动压力计使用了显示器和图像处理技术，可以通过黑白或彩色图像进行局部压力分析。此后，研究人员又利用光弹性作为压力转换方式，研制出新的压力显示系统。Cavanagh和Miehiyoshi采用类似的技术，并通过计算机处理得到了足底准三维压力曲线，曲线上各点的纵向坐标值与足底该点处的压力成比例，可以更直观地反映足底压力及其分布状况。近年来，随着计算机和图像处理技术的不断发展，其应用领域不断扩大，足底动态压力分布的测量与分析技术已经广泛应用于足与鞋底的动力学测量。压力板技术多采用力-电转换技术，足底压力被转换为可以方便测量的电信号。从而得到相当精确的结果，但其电延迟性不利于动态研究。而具有较好的精确性、良好的动态响应和较高的灵敏度的压电晶体技术就成为很好的替代，而且，电工学的发展解决了长期困扰该技术的充电泄漏问题，使其成为足底压力测量的有力工具。1．4足的生物力学建模研究 足的生物力学建模研究，起初关注的重点是建立足结构的数学模型，通过对足部骨骼解
一指禅推法生物力学模型设计及其运动学特性研究 发表时间：2014-07-22T10:06:21.593Z 来源：《中外健康文摘》2014年第17期供稿作者：卢群1 王宇峰2 丛德毓3（通讯作者） [导读] 此方法可测量扌衮法操作过程中各作用点所产生的力的大小、方向、作功大小以及累积数值等。 卢群1 王宇峰2 丛德毓3（通讯作者） (1长春中医药大学针灸推拿学研究生吉林长春 130000) (2吉林省中医院二部推拿科吉林长春 130000) (3吉林省中医院二部推拿科吉林长春 130000) 【中图分类号】R244.1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5085（2014）17-0266-02 1 推拿手法的基本研究方法 自上个世纪80年代以来，国内学者利用推拿手法测力分析仪、三维测力平台[1]、压力传感器检测系统、三维运动分析系统等多种技术方法，研究推拿手法的生物力学特征，并取得了较好的研究成果。 王氏等[2] 分别作一实时监测于专家组、普通临床医生组和学生组，使用TN-2中医推拿手法测试仪采集手法图形作为参数，以研究其半定量化，作为滚法的规范量化依据。3 组测试者静息15分钟，排除精神因素，按照传统操作方法，在TN- 2 中医推拿手法测试仪上操作，每名测试者操作2次，每次5分钟，实时记录手法操作图形信号，以10分钟为间隔，确保同一条件和可重复性。结果表明，TN- 2中医推拿手法测试仪上峰值、谷值、冲量值、量效关系曲线等是描述手法操作特性的重要因素。 秦氏等构建3个三维测力传感器，5个压力传感器的测力平台，通过A/D转换，使用计算机采集数据和实时处理，并以扌衮法为例进行测试。此方法可测量扌衮法操作过程中各作用点所产生的力的大小、方向、作功大小以及累积数值等，并可用图形、数据等进行定量描述。结果表明在体手法测量系统可准确实时地记录手法操作过程中三维共6个自由度内力的大小及相关特征。 李氏等[3] 应用压力传感器检测系统，检测并记录旋转手法作用时出现咔哒声响时术者拇指推扳腰椎棘突的最大推扳力。研究腰椎定点旋转手法作用时咔哒声响与拇指最大推扳力的量效关系，为推拿手法提供定量化依据。以出现咔哒声响作为腰椎旋转手法成功的标志，操作者左、右手拇指的最大平均推扳力分别为：5.1±1.3kg与6.6±1.5kg。结论:利手对拇指的推扳力有显著的影响(P<0.001)，咔哒声响的发生与拇指推扳力的大小无直接关系。 吕氏等[4] 采用摄像技术，采集一指禅推法(屈指)的运动学数据，同时利用 FZ-I 型中医推拿手法测力分析仪采集作用力数据，依此建立手法的生物力学模型并计算各主要关节的作用力。建立了 4 杆件、5 结点的中医一指禅推法(屈指)生物力学模型，计算得到了拇指指间关节、拇指掌指关节、腕关节和肘关节的作用力，分析了各关节在手法运动中的作用。结果显示可用中医一指禅推法(屈指)的生物力学模型来计算推拿过程中各关节的作用力，并为推拿手法临床应用提供帮助，为教学研究开拓一个新的方向。 方氏等[5]利用摄像机与推拿手法测定仪对推拿专家进行扌衮法的运动学和力信号测试，建立包括手部、尺骨及桡骨的简化的生物力学模型和方程，求解手部桡骨和尺骨远端点处的受力。结果表明当扌衮法外推时，手部桡骨、尺骨远端点处X方向(扌衮动方向)受力方向不变，出现两个峰值，近外推结束时受力最大；收时两处受力大小和方向出现波动。手部桡骨和尺骨远端点处，Y方向和Z方向受力趋势相同，在逐步上升后出现了一个平缓变化的阶段，之后急骤下降。本实验的简化生物力学模型可对操作者手部受力进行较明确的定量分析。由于研究技术条件有限、学科交叉融合不够等多种因素的制约，当前的研究成果尚未全面反映推拿手法的运动规律，同时推拿手法生物力学研究中的生物力学建模技术、动作测试技术和数据处理等关键研究环节都需要进一步的完善和规范。 2 推法手法的国内外发展现状及趋势 国内学者始终将推拿手法的生物力学研究作为推拿学的研究重点，并且取得了大量的研究成果。例如，周氏[6]等利用FZ-I型中医推拿手法测力分析仪研究了扌衮法的合力作用点轨迹发现，由于手部着力部位的不同，可以形成“心”型、“葫芦”型、“8”字型、“棒椎”型等不同的作用点轨迹；秦氏[7]等利用三维测力平台和测力手套，研究了扌衮法操作时手掌不同部位的接触力，得到的总体比重分别为大鱼际点31.7%，小鱼际13.9%，小指点30.1%，无名指点8.2%，中指点16.1%。余氏等利用参照坐标系分析了9中推拿手法的自由度数、各个自由度的施力情况、速度大小和动作频率；马氏等利用推拿手法测定仪、彩超等技术研究发现，扌衮法操作中力量3.5～4.5kg、频率105～135kg、时间8.75～11.25min的组合模式提高腘动脉血流量增益率的效果最显著；吕氏等利用摄像技术和推拿手法测试分析仪等，建立了4杠杆、5结点的中医一指禅推法生物力学模型，计算得到了拇指指间关节、拇指掌指关节、腕关节和肘关节的作用力，并分析了各个关节在手法运动中的作用。这些研究成果，从不同的角度研究了推拿手法的生物力学特征，并对推拿量化评价标准的建立起到了重要的促进作用。但是，由于研究技术条件有限、学科交叉融合不够等多种因素的制约，这些研究成果尚未全面反映推拿手法的运动规律，难以满足推拿学发展建设的需要。此外，国外学者虽然在四肢运动和脊柱的运动生物力学研究方面取得了显著的研究成果，同样由于很少采用多系统的研究方法，对相邻环节之间的相对运动关系研究较少，故也没有全面反映人体的运动学特征。 推拿手法操作是一个复杂的运动过程，包括神经系统、肌肉系统、骨骼系统等多系统共同参与，有许多因素、变量的变化。已有学者用简化人体运动的方法，从多方面、多角度建立了许多类型的运动分析模型。主要包括弹簧-阻尼-质量力学模型、多刚体生物力学模型、神经-肌肉-骨骼系统模型、数字化人体图像模型等。 弹簧-阻尼-质量力学模型不能体现运动中快速的关节角度和肌肉受力的改变，局限于人机工程中预测与评估人体的振动特性；神经-肌肉-骨骼系统模型能够更加接近人体的真实动作，是人体运动学研究的新领域，并将成为人体运动研究的主要方法，但是模型建立和计算方法均十分复杂，各项研究工作正在建设之中；数字化人体图像模型应用三维重构技术建立数字化的人体模型，能够构建更加精细的人体运动模型，但是此项技术也在发展建设之中。因此，上述三种人体运动建模技术均不适合中医推拿学的需要。多刚体生物力学模型几个刚体铰接构成的多刚体模型来研究人体，广泛用于步行、跑步、体操等规则运动研究及某些特殊规律的运动，且该方法理论成熟，是人体运动分析的常用研究方法，适合用于推拿手法生物力学的建模研究，国内已有学者利用此方法进行了部分手法的生物力学特征研究工作。 多刚体生物力学模型的建模方法主要有正向运动学和逆向运动学两种模型，正向运动学模型是根据人体相关关节和环节的运动参数，计算出人体的各个部位的位姿状态，具有计算简单、运算速度快的优势，但是容易造成运动误差和失真，国内多项推拿机械的研究就是依据这一原理进行设计。逆向运动学模型是根据人体的位姿状态，计算各关节和各环节的运动参数，确定其运动特征，其优点是只需要指定
散打动作技术的运动生物力学分析 散打是一项用身体特定部位作为进攻或防守武器的搏击性运动。纵观其动作技术特点，散打中任一技术动作都是在肩、躯干、腰、髋、膝、裸各关节的充分配合下完成的，要求将各关节的分力聚集一点作用于目标。散打动作技术主要有拳法、腿法、摔法。拳法主要包括直拳、摆拳、勾拳、劈拳、扣拳、鞭拳、弹拳七种，是以直、摆、勾、为主体；腿法主要有前蹬腿、侧踹退、横鞭腿、后摆腿、下劈腿、扫腿六种，是以前蹬腿、鞭腿、侧踹腿为主体；散打中的摔法主要有夹摔、抱缠摔、接腿摔、等三种[1I。拳法的特点在于进攻路线短、冲力大、速度快、发力狠、动作突然、防不慎防、躲避困难、而且易于应用身体的力量。腿法的特点进攻路线长、打击力大、是远距离进攻最有效的武器。摔法的特点是速度快、发力突然，是贴身搏击的锐利武器。 1 对散打动作技术肌群工作特征分析 肌肉是人体运动的发动机，是产生力的器官。散打动作技术的肌群力学特征主要通过参与工作的肌肉作用类型、肌肉功率、肌肉功、肌肉的发力顺序四方面表现出来。 1．1 参与工作的肌群及其特点 散打中的每一动作技术都是全身性的运动，都要求身体各部位的肌群协调、充分的配合使机体能量经济化和动作效果最优化。从体育解刨学的角度上讲，其动作设计与人体的上肢、躯干、和下肢等关节的肌肉的工作特征紧密相连。下面以散打中最常用的右手掼拳为例、对参与掼拳动作关节的运动及肌肉工作的特点进行分析：右手掼拳的动作要求右腿轻微下潜继而快速蹬地并向内扣，髋关节伸展内旋，躯干向左回旋，同时肩胛骨前伸，肩关节前屈，肘关节伸的同时伴随前臂内旋，右拳向外、向前、向里横掼，力达拳面。做掼拳动作时，右腿轻微下潜右后快速蹬地并向内扣动作是由髁关和膝关节完成，参与的肌群为小腿三头肌、胫骨后肌、股四头肌等，是肌肉在近固定时做超等长收缩完成的。髋关节伸展内旋动作主要是臀大肌、大收肌、股二头肌、半肌腱和半膜肌、臀中肌和臀小肌前部及阔筋膜张肌等肌群在近固定时做向心工作完成的。躯干左回旋动作是由左侧腹内斜肌和右侧腹外斜肌在下固定时做向心工作完成。在手臂摆动过程中，上肢带的肩胛骨做前伸运动，主要是由前锯肌和胸小肌在近固定时做离心工作完成的；肩关节前屈主要是由胸大肌、三角肌前部肌纤维做等长工作完成；肘关节伸的同时伴随前臂内旋动作，肘关节伸主要是由肱三头肌和肘肌在近固定时做向心工作完成的；前臂内旋是旋前原肌、旋前方肌在近固定时做向心工作完成。 由以上分析得知，各关节肌肉的收缩形式有离心收缩、超等长收缩、等长收缩等收缩形式。在各种收缩形式中，产生肌力的大小顺序为：超等长收缩>离心收缩>等长收缩>向心收缩日。显而易见。超等长收缩产生的肌力最大。之所以这种收缩能产生更大的力量是由于肌肉弹性体产生的张力变化和肌牵张反射。 从运动生物力学的角度说，人体肌肉包括肌腱是一种黏弹性物质，其在收到迅速牵拉伸长时，能够产生强大的弹性回缩力，黏性物质如果缓慢被拉伸，或者拉伸后在停顿一段时间就会出现松弛现象，其弹性回缩力就会大大降低。所以在散打动作中，尽可能的使肌肉做超等长收缩，使其产生更大的肌力。如在直拳、掼拳、勾拳时，在启动阶段使蹬地腿有意识的小幅度下潜或身体小幅度的转动使肌肉先做离心收缩，继而快速蹬地、转髋、送肩使肌肉做向心收缩，从而增大肌力。在做鞭腿动作时同样使进攻腿下潜，继而快速蹬地，肌肉做超等长收缩，使进攻腿产生了更大的肌力，通过发作用力于地面，从而增加了进攻腿的启动速度。但应注意腿的下潜动作及蹬地发力到动作完成整个过程是快速、连贯一致的，否则会出现肌
人体损伤生物力学 实验指导书 湖南大学机械与运载工程学院
实验一冲击力模拟实验 一、实验目的和任务 通过开展冲击力仿真实验，学习基于LS-DYNA的有限元基本分析流程和方法，具体包括： 1.对HYPERMESH和HYPERVIEW（或LS-PREPOST）等前后 处理软件的使用； 2.掌握保证仿真精度必须关注能量和质量缩放问题； 3.掌握模型调试方法； 4.体会不同材料、高度、速度对冲击力的影响。 二、实验仪器和设备 软件：LS-DYNA、HYPERMESH、HYPERVIEW（或LS-PREPOST）。 硬件：计算机。 三、实验步骤 1、模型提交计算与后处理 1)根据提供的初始模型，对文件进行求解计算。 2)查看完成计算所需的时间，ctrl+C，sw2。 3)查看仿真动画。 4)分析该K文件的单位制（mm，ms，kg，kN，GPa）。 2、有限元模型的质量缩放与能量问题 1)设置输出各种能量，*CONTROL_ENERGY。 2)为提高计算效率，增加质量缩放，*CONTROL_TIMESTEP，
DT2MS：-1.112E-06改为-1.112E-03，再改为-1.112E-02，并分别查看并记录所需计算时间，分析该参数对计算效率的影响。讨论如何设置DT2MS的值。 3)查看计算获得的message文件，记录不同DT2MS设置下的 质量缩放所引起的质量增加量及百分比。 4)输出总能量、动能、内能和沙漏能（DT2MS：-1.112E-06）， 根据曲线分析能量转换。 3、输出并分析橡胶垫的冲击力 1)查阅橡胶的材料。 2)查阅车架、撑板、销轴和冲击头的材料。 3)输出冲击头处的冲击力，Contact_mass（CID：1）。 4)输出两根连接销轴的四处接触力，Contact_chejia_zhou_L （CID:3）、Contact_chejia_zhou_R（CID:4）、Contact_chengban_zhou_L（CID:5）/ Contact_chengban_zhou_R （CID:6）。 5)找出系统的最大应力及其出现的位置。 4、下落高度对冲击力的影响 1)修改冲击头距离橡胶垫的高度，初始值为5mm，分别修改为 2mm、10mm和15mm。 2)计算不同高度下落对冲击力的影响。 3)找出系统的最大应力及其出现的位置。 5、输出并分析金属的冲击力
文章编号:1000 677X(2010)09 0037 07体育科学 2010年(第30卷)第9期 CH INA S PORT SCIENCE Vol.30,No.9,37 43,2010.短跑运动控制的生物力学分析 Biomechanical Analysis on Movement Control during Sprint Running 魏书涛1,刘 宇1,傅维杰1,李 庆2,钟运健1 WEI Shu tao1,LIU Yu1,FU Wei jie1,LI Qing2,ZH ONG Yun jian1 摘 要:目的:通过建立短跑最高速阶段下肢的生物力学模型,探讨短跑运动下肢肌肉在多 关节运动中协调、控制功能的生物力学机制,为短跑技术分析、技术最佳化提供依据。方法: 使用三维红外高速摄像系统(300H z)、三维测力台(1200Hz)采集8名高水平短跑运动员 在塑胶跑道上全力跑动时的数据。使用环节互动动力学分析短跑最高速时一个步态周期的 运动学、动力学数据。研究结果:1)触地初期,地面反作用力通过膝关节和髋关节前方,在 膝、髋关节处产生伸膝、屈髋力矩的外力矩(EXF),此时肌肉力矩(M US)的主要作用是对抗 地面反作用力产生的外力矩(EXF)。此时,膝、髋关节处最大MU S分别为203.40 93.60 Nm和455.24 198.72Nm;蹬伸末期,在髋关节处出现较大的由大腿加速度和髋线加速度 产生的惯性力矩(INT),在离地后小腿后摆运动中起到积极作用;2)摆动初期,小腿的后摆 主要是惯性力矩引起的;摆动末期肌肉力矩(M US)与惯性力据(IN T)出现最大值,膝关节处 为249.32 38.81Nm、194.01 30.90Nm,髋关节处为650.81 101.06Nm、410.80 78.67N m。结论:支撑期,肌肉力矩(M U S)和地面反作用力产生的外力矩(EXF)是主要控 制下肢运动的主要力矩。支撑末期,大腿加速度及髋线加速度在髋关节处产生较大的惯性 力矩(INT),为离地后小腿的积极后摆提供帮助;腾空期,摆动腿的运动主要受肌肉力矩 (MU S)和惯性力矩(INT)控制,其中,惯性力矩(IN T)主要由小腿的角加速度产生的,两力 矩相互作用,以控制与完成下肢的目标动作。 关键词:环节互动动力学;运动控制;关节力矩;短跑 Abstract:T he pur po se of this study was to analyze the movement contr ol of the low er extr emi ty by using bio mechanical model dur ing spr int r unning and prov ide the basis for technical anal ysis and o pt imization of spr int running.M etho ds:T hr ee dimensional v ideo g raphic and g ro und reactio n fo rce(GRF)data wer e co llect ed fr om8outstanding male sprint runners perfo rming spr int running at their max imum effor t.T he inter seg mental dy namics w as quant ified and the kinemat ics,the g ro und r eact ion f orce were analyzed dur ing a r unning gait cycle of the max imal speed phase in sprinting.R esult s:Dur ing the initial stag e o f stance phase,t he g round r eaction for ce passes t hr ough in fr ont of knee and hip joint,pro duces a knee ex tension tor que and hip flex io n to rque.T o co unteract the to rque of GRF,the hamstring muscle co nt racted and pr oduced a f lex ion tor que at knee(203.40 93.60N m)and an extension t orque at hip(455.24 198.72N m).At the hip joint,T he IN T due to thig h ang ular accelerat ion and hip velocity has contributio ns to back swing of leg dur ing later stance phase.Dur ing initial sw ing phase,T he IN T due to leg and thig h angular acceler at ion and hip acceleration has contributio ns to back swing o f leg.T he M U S and the IN T are the dominating tor ques and their maximal v alues wer e 249.32 38.81N m,194.01 30.90Nm at knee joint and650.81 101.06N m,410.80 78.67N m at hip joint respectiv ely dur ing later sw ing.Conclusio ns:D ur ing st ance phase,the muscle to rques and the gr ound reactio n t orques ar e the ma in t orques that tends to counter act each o ther for contro lling t he mo vement.T he IN T due to thig h ang ular acceleration and hip ve locity has contr ibutio ns t o back sw ing of leg during later stance phase.D ur ing sw ing phase, segment mo vement is co nt rolled mainly by active muscle t orques and motion dependent to rques (due to leg angular acceleratio n),and their functions w ere o pposite and canceled out. Key words:seg ment inter action;movement contr ol;j oint tor que;s p r int r unning 中图分类号:G804.6 文献标识码:A