運動生物力學研究精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的運動生物力學研究主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：運動生物力學研究范文

關鍵詞 運動生物力學 競技體育 現(xiàn)狀 趨勢

一、前言

運動生物力學以其多學科的交叉應用性的研究成果應用于指導體育運動實踐；特別是競技體育的科學訓練的需要，運動生物力學在測量技術上不斷取得新突破，在改進和完善動作技術，選擇和設計優(yōu)化的動作技術方案等的方面產生了積極的影響。運動生物力學在技術原理方面的研究為運動員的技術診斷和改進訓練方法的理論依據。此外，運動生物力學在運動創(chuàng)傷的防治、康復器械的改進，仿生機械等方面也有重要作用；同時也為運動員選材提供了依據。

二、運動生物力學在競技體育中的研究現(xiàn)狀

（一）競技體育中運動裝備、訓練器械、測試儀器的研究現(xiàn)狀

在競技體育中對運動裝備、訓練器械、測試儀器的研究是直接為提高運動成績服務的，這就對運動生物力學在競技體育中的科研提出了很高的要求。但就目前的運動生物力學測試儀器來說，測試儀器越來越多樣化、測試結果也越來越精確。而且，許多新的現(xiàn)代化的技術裝備也被應用到運動生物力學研究上，如運動器械等的研究如運動鞋、訓練器材等，近些年對運動器械、儀器設備的研發(fā)方面的研究比較少，這類研究有比較好的前景，若利用得當，將大大推動學科的發(fā)展，同時對經濟的增長也有很大作用[1]。

（二）運動員選材方面的研究現(xiàn)狀

運動員選材已從單一方面研究深入到全面展示不同項目運動員身體形態(tài)、生理機能、運動力學生物力學等方面的綜合的研究，這些學科需要多種方法綜合運用，以達到理想的效果。對于競技體育選材的問題，要從多學科交叉研究才能完成。而運動生物力學的研究更加依賴高新技術運動生物力學的研究，而當前競技體育中相對缺乏高科技多學科的綜合，測試方法上的局限于現(xiàn)有方法的應用，且缺乏較高水平的運動生物力學在運動員選材方面研究；在選材內容上偏重于以往的儀器測試，在選材項目上比較局限，展開的項目不多，也沒有進行深入研究。

（三）運動損傷及其康復的研究現(xiàn)狀

運動生物力學研究競技體育中運動訓練引起損傷機制，了解與認識其病因、探討預防、治療及康復措施一直是運動醫(yī)學與運動生物力學在競技體育研究中要解決的重點問題之一。在競技體育中用運動生物力學的方法研究運動損傷及康復的研究也越來越受到重視，而且與運動專項結合更加緊密。運動損傷相關研究包括對正常運動系統(tǒng)的研究，由于運動創(chuàng)傷中以韌帶、軟骨的損傷為主，故韌帶與軟骨成為研究的重點，尤其是軟骨，此外對運動損傷相關研究還包括運動損傷及修復與重建后相關組織的生物力學研究，運動損傷及修復與重建后關節(jié)的整體生物力學特性研究也是研究重點[2]。

（四）技術動作的研究現(xiàn)狀

競技體育項目動作的技術分析研究是目前運動生物力學研究成果最多的，這些研究成果為運動成績的提高作了重大的貢獻。但是在技術動作的研究中也出現(xiàn)了一些問題，田徑、武術等項目研究得比較多，而技術穩(wěn)定性差，對抗性及靈活性強的項目研究的比較少，這也許是由于像田徑等穩(wěn)定性強的動作技術容易進行分析研究，而技術穩(wěn)定性弱的項目技術動作不易分析研究而造成的。運動生物力學在技術研究中目前最先要解決的是怎樣將生物力學的有關理論盡快地運用到體育實踐中解決技術訓練中存在的具體問題。

（五）人體運動模型研究及計算機模擬與仿真的模擬現(xiàn)狀

經計算機實現(xiàn)對人體運動的模擬仿真，這類研究是目前處于人體運動研究的最前沿的理論方法，它不僅能用電腦全過程模擬人體各種復雜運動并用三維動畫方式完整地顯示，而且能對人體尚未實現(xiàn)的運動預測其可能性和技術要點[3]。這一方法將是今后運動生物力學研究的重要方面。這些方法在競技體育中能得以應用將會對我國競技體育的發(fā)展將會有著重大的意義。目前我國在這個方面研究的不是很多主要是應用于高難度，高危險性的技術的方面的項目，如：跳水項目，郝衛(wèi)平等建立了跳水運動的三維人體運動仿真與顯示平臺――數字化三維跳水專項運動仿真系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的建立可以對運動技術與連接方式進行精確的分析研究，有效的指導技術訓練。

（六）運動生物力學的理論研究與實驗測試結合的研究現(xiàn)狀

目前運動生物力學的理論研究成果還比較少，研究成果不夠豐富，從而成為制約我國運動生物力學在競技體育中發(fā)展的瓶頸。測試報告復雜難懂：通過運動生物力學測試，我們提供給教練的測試報告大多數都是數字、曲線等比較抽象的材料，由于教練和運動員自身的生物力學知識水平受限，他們對科研人員提供的數據和材料難以理解，很難將科研成果吸收和消化、時間長就喪失了對科研的興趣，科研訓練實踐嚴重脫節(jié)[4]。

三、運動生物力學在競技體育中的發(fā)展趨勢

（一）運動裝備、訓練器械、測試儀器設備的研究日益引起重視

運動裝備、訓練器械、測試儀器設備是與競技體育的發(fā)展是密不可分的，當今競技體育的發(fā)展對裝備、器械、測試儀器提出了更高的要求。近年來運動生物力學與其它學科的指標進行交叉運用使測試儀器的功能、準確度等不斷的提高。器材與測試儀器出現(xiàn)專項化，測試和訓練的計算機化，專項技術的專用測試儀器以及運動員的服裝，器械的研究不斷的增強。隨著科學訓練的不斷普及化，技術測試儀器專項化等在競技體育研究中得到充分應用并不斷向科學化和合理化的方向發(fā)展。運動生物力學在設計、研究、改進體育儀器、運動裝備、訓練器械等歷來是研究的一個重要方面，運動生物力學在未來的競技體育科研中應以機械、電子、材料、計算機等的專家積極交流，在競技體育的儀器、器材設備、和設施的科研、開發(fā)和應用方面，發(fā)揮自己的作用。

（二）運動生物化學在運動員選材中將扮演更加重要的作用

運動生物力學中的許多測試儀器可用來收集、分析和評價運動員與器材運動的信息，高速攝影儀，測力臺、肌電圖、關節(jié)測角儀等這些儀器精確度高，效果好。且這些儀器是科研人員的在競技體育研究中的重要研究工具，運動員選材在競技體育中是非常重要的，隨著科學訓練的普及化，有些儀器也被教練員及科研人員使用來進行運動員選材并且在選材過程中扮演中重要的作用

（三）運動損傷及康復的研究將更加的深入

預防運動損傷是運動員取得更好的成績有著重要的意義，并且在實踐研究中找出導致?lián)p傷的因素及提出預防措施，使運動損傷的風險降至最低，為運動員取得最佳成績打下了基礎。近年來我國在運動損傷及康復的研究也越來越受到重視且與運動專項結合不斷加強。預防運動損傷與康復的研究要多方法、多學科結合的研究，所以加強多學科的交叉對預防運動員傷病與康復的研究是運動生物力學研究的發(fā)展趨勢。

（四）技術動作的分析研究增多

競技體育動作技術研究是運動生物力學主要研究的領域之一。用運動生物力學原理優(yōu)化的訓練方法與技術動作應用在競技體育中，可以有效延長運動壽命還可以預防運動的損傷，為運動員取得理想的成績奠定了基礎。目前研究技術動作最多的項目有田徑、武術等技術穩(wěn)定性的項目，而集體項目、對抗性項目等項目研究的較少。而今后競技體育的動作技術研究的發(fā)展趨勢主要有：從幾個運動項目的研究向眾多運動項目的研究擴展；從單人項目向集體項目向對抗性項目發(fā)展；從單純技術研究向戰(zhàn)術研究發(fā)展；從單項指標的測試研究向多項指標的綜合測試；從單一的運動學指標測試研究向運動學、動力學、生物學多項指標的綜合測試研究發(fā)展；從單學科研究向多學科綜合研究發(fā)展；從單一的運動生物力學研究向生物力學、運動生理生化、運動心理等多學科的綜合測試研究方向邁進[5]。

（五）人體運動模型研究及計算機模擬與仿真

計算機實現(xiàn)對人體運動模型的研究是目前處于人體運動研究的最前沿的理論方法，此種方法不僅能用電腦全過程模擬人體各種運動并用三維動畫方式完整地顯示出來，而且還能對人體尚未實現(xiàn)的運動預測其可能性和技術要點，這個方法是運動生物力學今后研究的重要領域之一。但是隨著電子計算機在運動生物力學研究中的普遍利用，運動生物力學研究中很多困難已逐步得到解決，因此，建立各種運動模型進行模擬試驗是運動生物力學研究方法的又一發(fā)展趨勢。在建立人體運動模型的基礎上，對運動過程進行模擬與仿真是目前也是目前運動生物力學探索的難點及運動生物力學尖端研究課題。國家體育總局科研所郝衛(wèi)亞等[6]研究并實現(xiàn)了一個適合于跳水運動的三維人體運動仿真與顯示平臺――數字化三維跳水專項運動仿真系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可以對競技體育動作技術進行生物力學的分析且利用三維動畫對運動員的動作技術進行模擬仿真，進而促進科學化訓練。

（六）運動生物力學的基礎理論研究與訓練實驗的結合不斷加強

運動生物力學的研究旨在更好的進行科學訓練，目前最先要解決的是怎樣將生物力學的有關理論和測試方法等研究盡快地運用到競技體育實踐中解決運動訓練的具體問題，為此根據目前訓練的需要應將研究的報告簡單化、形象化、實用化，以提高運動訓練的實效性，幫助運動員提高運動成績。

四、小結

（一）對運動技術研究在今后運動生物力學在競技體育研究中仍然是研究的重點，競技體育動作技術研究是今后運動生物力學研究的重要領域之一。

（二）運動裝備、訓練器械、測試儀器設備的研制增多，且運用高新技術研制生物力學的測試儀器是運動生物力學研究者不斷研究的內容。

（三）運動生物力學在運動員的選才過程中將扮演中重要的作用，隨著科學訓練的普及化，運動生物力學中的許多測試儀器經常應用于運動員的選材。

（四）運動損傷與康復的研究將更加得到重視，應廣泛結合其它學科的交叉研究共同解決運動生物力學在競技體育研究中的有關問題，而且與運動專項結合更加緊密的研究以期來減少在訓練中的運動損傷。

（五）加強多學科的合作，研究與訓練實踐的更好結合，促進運動生物力學的科研更好地為訓練服務，以提高運動訓練的實效性，促進運動員成績的提高。

（六）人體運動模型及計算機模擬仿真等高新技術使運動生物力學的研究手段得到大幅度提高，適時運用高新技術來研制測試儀器是運動生物力學研究的一個重要課題。

參考文獻：

[1]路慧娟.我國近十年運動生物力學的研究進展及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新導報.2010.2.2.

[2]劉平.生物力學在運動醫(yī)學領域應用現(xiàn)狀和展望[J].醫(yī)用生物力學.2008.2(23):99.

[3]華立君.運動生物力學的研究現(xiàn)狀與展望[J].牡丹江師范學院學報.2006.4:41-42.

[4]華立君.運動生物力學的研究現(xiàn)狀與展望[J].牡丹江師范學院學報.2006.4:41-42.

第2篇：運動生物力學研究范文

排舞運動以它獨具的特色和魅力深受廣大學生的喜愛，是一項有益身心的體育運動。

一、研究方法

（一）文獻資料法

了解并掌握有關排舞運動及其對大學生心理影響的研究現(xiàn)狀和前沿動態(tài)，為本文的研究提供理論基?A和解決問題的思路。

（二）專家訪談法

向有著豐富經驗的并在排舞運動專業(yè)、體育心理學專業(yè)、運動心理學專業(yè)擁有杰出成就的專家進行訪談和咨詢，學習他們的思路及研究方法。

二、排舞運動的價值

（一）增進健康，提高身體素質

排舞屬于中等強度的有氧運動，具有很高的鍛煉價值。經常參加排舞練習，可使人體的心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、運動系統(tǒng)的機能得到改善和提高。可有效提高人體的心肺功能，消除大腦疲勞和緊張，使肌肉的協(xié)調性、柔韌性和關節(jié)的靈活性大大提高，從而達到改善機體健康狀態(tài)的目的，并對身體素質的提高有積極的促進作用。

（二）放松心情，舒緩身心壓力

在參加排舞練習時，不必擔心舞伴，不必擔心尷尬，不必擔心跳錯，不必擔心自身條件，只要隨著優(yōu)雅的舞曲翩翩起舞就可，多變的舞步、自由的參與形式可使人最大限度地放松心情，舒緩身心壓力，并獲得一定的感官滿足和精神放松。練習者在優(yōu)美動聽的音樂、美妙的舞姿中，消除疲勞，陶冶心靈，感受愉快的情緒，從而達到最佳的心理狀態(tài)，可見排舞運動是最理想的緩解心理壓力的方式之一。

（三）強身健體，塑造優(yōu)美形體

由于排舞融合了恰恰、倫巴、曼波、牛仔、華爾茲、搖滾等多種舞步，腰腹部和髖部動作豐富，練習者可將舞步、身體、手臂動作結合起來自由發(fā)揮，可輕松達到健身減肥的效果，有利于塑造優(yōu)美形體。在優(yōu)美動聽的音樂旋律中，用心靈共舞，塑造出各種美妙的意境組合，體現(xiàn)出美的姿態(tài)、美的造型，給人以藝術的熏陶和美的享受。

（四）以舞會友，拓展社會關系

排舞“排排跳”的形式決定了參與者必須組成一種臨時的或相對穩(wěn)定的健身娛樂群體，參與者以提高健康水平、支配余暇時間、擴大社交范圍為目的，人與人之間、個體與集體之間、集體與集體之間的交往，有利于培養(yǎng)和諧的人際關系，同時還可為構建和諧社會起到積極的作用。

三、大學生心理健康現(xiàn)狀

大量數據表明，大學生心理健康問題日趨嚴重，這在很大程度上影響大學生的成長。大學階段是人才發(fā)展的重要階段，大學生是國家高級人才的后備軍。來自社會、家庭的要求和期望很高，個人成才欲望強烈。從個體發(fā)展的角度看，大學生正處于青年期向成年期的轉變過程，是各種各樣的心理變化中自我創(chuàng)造、自我實現(xiàn)的時期。這個時期每個學生都面臨一系列的人生重大課題，但心理發(fā)展尚未完全成熟穩(wěn)定，他們缺乏社會經驗、自我調節(jié)和自我控制能力。因此面對學習壓力、經濟壓力、情感壓力、就業(yè)壓力等，容易產生心理矛盾的激烈沖突，造成心理發(fā)育中的失調和不平衡。

四、排舞對大學生心理健康的影響

（一）調節(jié)心情，舒緩壓力

健身排舞豐富的音樂、多變的舞步、自由的參與形式使人們在參加排舞鍛煉時能最大限度的放松身心，產生出幸福感和自我滿足的個人情感，增強人們積極的自我想像力。參與健身排舞練習還能增進人與人之間的思想交流，滋生親密感，消除對現(xiàn)實生活的不滿，有效降低心理壓力，輕松愉快地從事鍛煉活動，從而忘卻學習、工作、生活中的緊張、煩惱和痛苦，在精神上獲得一種解放感、自由感和快樂感。

（二）排舞運動可以提高自尊心

在排舞教學中營造創(chuàng)新的氛圍就是在排舞教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，重視學生的主體性。在掌握排舞知識技術的過程中，探索和發(fā)現(xiàn)套路動作形成的過程，培養(yǎng)學生對原有動作的運用和重新組合的能力，從而提高學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)編能力和領操帶操的實踐能力，使學生充滿了成就感和自豪感，充分體現(xiàn)自身的價值，建立了自尊心。

（三）增強團隊意識，促進社會精神文明建設，構建和諧社會

健身排舞作為一項公眾都喜歡的運動項目，不僅拉近了人與人之間的距離，增強了人們的團隊意識，而且可以培養(yǎng)自信心，擴大交際范圍，是當代人們交流思想、消除隔閡、相互溝通的最好方式之一，對構建和諧社會起到積極的促進作用。一邊運動一邊享受好聽的音樂，身心兼顧，一舉數得，無疑是最理想的緩解心理壓力的方式之一。通過進行健身排舞的練習，使現(xiàn)代人之間的親密感增強，增加了人與人之間的情感交流。

第3篇：運動生物力學研究范文

一、運動生物力學的定義：

運動生物力學的定義（國內）是運動生物力學是一門新興學科，現(xiàn)在比較通用的定義是“運動生物力學是研究體育運動中人體機械運動規(guī)律的科學”。國外對這門學科的定義也大相徑庭究，有些國家把運動生物力學認為是人體內部運動器系運動和外部人體整體運動的力學特性，盡管運動生物力學在國內外還沒有形成統(tǒng)一的定義，但是運動生物力學的作用和研究意義已被各個國家所重視。

二、在技術教學中的重要地位

在體育運動中任何一項身體練習都由一定的動作及動作體系構成，而完成每個動作及整套動作都存在著最合理的運動技術。合理的運動技術以運動生物力學理論為依據，并富含運動生物力學原理。而運動生物力學又以其分析科學性，結構合理性為體育技術教學提供理論和方法上的指導，它可以通過對形形體育動作差別原因的分析，探討出獲得良好技術的各種力學條件，從而使學生更完善地認識、學習和掌握合理的運動技術動作。

三、對技術教學的積極影響

在技術教學中，及時而有針對性地向學生傳授運動生物力學原理，往往能引起學生對學習和掌握運動技術的興趣，并使復雜的技術簡單化，從而有利于學生及時糾正自己的錯誤動作，并防止由于錯誤動作而帶來的運動損傷。

（一）提高學習運動技術的興趣

隨著新科技、新技術的不斷地推動著體育科學技術的發(fā)展，新的運動技術取代舊的運動技術，或高級運動技術取代低級運動技術，已成為當今社會的總體趨勢。新的運動技術比舊的運動技術更科學、更合理、更實效，并且更符合人體特點。因此，新技術總能吸引更多的人去研究和學習。在體育技術教學中，如何引起學生對新技術的興趣是學習的第一動力。比如，我們所說的站立式起跑和蹲踞式起跑，相對以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒適，運動員一般都采用站立式起跑。隨著科學的發(fā)展，運動生物力學這門學科逐漸進入了人們的視角，從生物力學的角度來剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的區(qū)別，蹲踞式起跑更有利于起跑，對于短距離的起跑和起跑后的加速跑這兩個階段從實效性和經濟性這兩個角度而言作用最大，同時也為短距離途中跑和沖刺跑奠定了一定的能源物質基礎，當今在全國乃至世界在短距離運動項目中全部必須采用蹲踞式起跑。如此，學生就會對蹲踞式起跑產生濃厚的興趣，大有躍躍欲試的欲望，從而在技術教學中就會主動、積極地參與并思考、體會技術細節(jié)，進而縮短掌握技術動作的時數，有利于提高技術教學效果。

（二）使復雜的技術問題簡單化

相對于以往的體育教學中，當體育教師對某一項較為復雜的技術過程講解時，學生常會因為技術動作太復雜而影響學習，但如果教師能用適當的力學知識加以分析和運動生物力學的研究方法往往能使學生“頓悟”，從而激發(fā)學生的學習積極性。如：足球的香蕉球是一項較復雜的技術動作，且香蕉球形成的力學原因也極為復雜，但根據球在空中的運行軌跡的力學現(xiàn)象，我們只要在踢球過程中，保證擊球點的用力通過球心，且不在一條直線上，就為香蕉球的產生創(chuàng)造了條件。因此我們可以運用運動生物力學中常用的研究方法去解決這個問題，利用高速攝影、電視、錄像和數據的分析，把學生、運動員的運動技術進行攝影、錄像、高速攝影，然后回放給學生，學生可以從動作回放和慢放中知道動作的運動軌跡，和香蕉球擊球點的位置。因此，對復雜的技術動作稍加力學分析，和采用先進的設備便可使復雜問題簡單化，便于學生理解并提高教學效果。

（三）減少損傷以利掌握合理技術

第4篇：運動生物力學研究范文

什么是生物力學

人們都知道自然科學中有力學和生物學，很多人并不了解還有生物力學。的確，按一般人理解，力學是研究物換星移、山崩地裂、江河奔流、機器轟鳴的非生命現(xiàn)象的；而生物學則是研究生命的起源、變異、遺傳、進化等。兩者似乎是“風馬牛不相及”的。

其實不然。任何生命的發(fā)生發(fā)展都是和力的作用分不開的。因此，僅僅從生物學本身去研究生物體的結構，就會有許多問題得不到解答。于是，人們開始用力學的原理去探索各種復雜的生命現(xiàn)象。我國三國時代的名醫(yī)華陀曾經提倡過“五禽戲”的拳法，說明他已覺察到摹仿各種禽類動作的受力方法，可以達到增強人的體質的目的。他的徒弟程普，照此方法練身，活到九十歲，牙齒不落一顆。意大利的偉大科學家伽里略已經發(fā)現(xiàn)人的骨頭受力之后會變得粗壯起來。德國的生理科學家馮·海曼考察了許多生物尸骨，發(fā)現(xiàn)骨面微隆的骨小梁，排列的方向都很有規(guī)則。于是他拿了一塊大腿骨請力學專家做應力實驗。實驗結果使馮·海曼大吃一驚：原來這些骨小梁排列的方向和骨骼受的主應力方向竟是完全一致，說明骨小梁隆起有一定走向，是因為受到應力作用的結果。現(xiàn)在，科學家們幾乎把人體206塊骨頭一一研究過了，他們發(fā)現(xiàn)：凡是受力大的地方，總是骨骼質密而粗壯；而受力小的地方，總是骨骼質松而細小。此外，科學家們還從力學觀點，研究了人體的皮膚、肌肉、血液以及神經系統(tǒng)等，證明了這些組織和液體的變化發(fā)展都和它們受力的狀況有直接關系。于是這門以力學的觀點和方法研究生命現(xiàn)象、或者從生物體中探尋力學規(guī)律并在科學和建設中加以應用的新學科——生物力學，受到人們廣泛注意。

生物力學的分支和應用

生物力學是研究生命的力學，所以有時也叫做生命力學。它研究范圍相當廣泛，凡是生物學和力學相聯(lián)系的部分，都是生物力學研究的內容。它的分支有幾十種。而生物力學研究的所有課題幾乎都和人類生活息息相關。例如：

研究骨頭、血管、肌肉、皮膚等力學特性的叫做生物材料力學。它可以為研究人體的發(fā)展變異和制造人工臟器提供重要的資料和數據。

研究人體血液、淋巴、胃液、痰、唾液、關節(jié)液等的叫做生物流體力學。這種研究對于診斷人體疾病有很重要的意義。如通過測定血液或唾液中的粘滯阻力，可以斷定是否有血液病或消化不良等。

研究人體運動時受力狀況的叫做生物運動力學。這種研究可以指導人們正確地進行體育鍛煉和體育醫(yī)療。例如打太極拳，在行云流水般的纏繞運動中，人體的皮膚、肌肉、骨頭、血管、臟器、神經都處在受力變形之中，科學測定表明，這時人體新陳代謝、血液循環(huán)加快，因此有活血化瘀之效、益壽延年之功。

第5篇：運動生物力學研究范文

關鍵詞：羽毛球；正手；后場高遠球；技術分析

1.前 言

隨著競技運動的發(fā)展和全民健身的開展，羽毛球運動日漸風靡。無論是競技為目的還是以健身為目的的羽毛球運動，都需要參與者積極地移動、跳躍、轉體和揮拍等動作，運動各種技戰(zhàn)術和步法。

羽毛球中后場高遠球技術是羽毛球殺球、劈吊等技術的基礎，對運動員擊高遠球動作進行技術分析，可以將動作進行量化分析，幫助運動員從根本上了解人體擊高遠球的原理以及如何更好掌握這門技術。

2.研究對象與方法

2.1 研究對象

本文中以沈陽體育學院4名羽毛球運動員為研究對象，其中2名運動員水平為二級運動，另外2名為業(yè)余水平，4人均以右手持拍，無傷病史。

2.2 研究方法

2.2.1 實驗內容及過程

兩臺高速攝像機的擺設如圖1中A機和B機的位置，A機拍攝運動員側面的動作，B機拍攝運動員背面的動作，二者實現(xiàn)同步拍攝。每名運動員成功擊打三次，在三次擊打動作中選擇最好的一次擊打動作。

2.2.2 錄像解析

利用會聲會影9.0進行視頻剪輯處理。采用美國APAS解析系統(tǒng)對處理后的視頻進行解析，解析中以Dempster模型作為標準。

3.研究結果

3.1 引拍階段技術特征分析

3.1.2持拍臂運動學分析

3.1.2.1右肘關節(jié)技術分析

根據圖2，陳XX和康XX的肘關節(jié)下降時刻早，關節(jié)伸展程度大，在20°～40°之間出現(xiàn)一個較長時間的穩(wěn)定波動期，表明右上肢的肌肉群協(xié)調工作能力強。閆XX的肘關節(jié)穩(wěn)定波動期很短，說明引拍階段不穩(wěn)。結合表1和表2，由于肌肉群調整期過長，速度參數明顯偏低。劉XX擊球效果優(yōu)于閆XX。通過以上分析，陳XX與康XX的右上肢肌肉群的短時間內的協(xié)調能力較強，劉XX次之，閆XX較弱。

3.1.2.2 右腕關節(jié)技術分析

圖3中，運動員腕關節(jié)開始都有平緩起伏階段，結束時腕關節(jié)背伸，這樣揮拍擊球時，腕關節(jié)會急劇反彈獲得較大的速度。陳XX與康XX的腕關節(jié)角度變化的平緩起伏很長，然后急劇下降，而閆XX與劉XX的腕關節(jié)角度，則是一個緩慢的下降趨勢。根據腕關節(jié)變化，閆XX與劉XX沒有掌握良好的引拍階段的技術動作，這也就影響了二人擊球的效果，閆XX與劉XX在今后加強動作規(guī)范性訓練。

3.1.3結束時刻持拍臂速度特征分析

觀察表1，運動員在結束時刻各個環(huán)節(jié)的平均速度從小到大依次是右肩關節(jié)、右肘關節(jié)、右腕關節(jié)、右手和拍頭，拍頭速度最大，達到了12.7m/s，可見，持拍臂的速度變化符合力學變法原理。但就個人來看，閆XX有所偏差，右肘關節(jié)速度為4.6m/s，右腕關節(jié)稍小，為4.2m/s，不符合力學鞭打原理，分析其原因可能與圖2-3中肘關節(jié)在穩(wěn)定期的突然增大所引起的。4名運動員拍頭速度從大到小依次是陳XX、康XX、劉XX和閆XX，陳XX最大為14.4m/s，閆XX最小為11.7m/s，相差比較大。所以認為，陳XX在完成引拍中全身的肌肉能夠協(xié)調配合用力，技術熟練，康XX次之，劉XX和閆XX一般。

4.結論與建議

4.1 結論

4.1.1 陳XX與康XX的右上肢肌肉群的短時間內的協(xié)調能力較強，更有利于擊球前的引拍動作的穩(wěn)定，獲得更好的擊球效果。

4.1.2 閆XX與劉XX沒有掌握好良好的引拍階段的技術動作，是擊球階段各環(huán)節(jié)速度有較大差距。掌握好良好的引拍階段的技術動作對于良好的擊球效果至關重要。

4.1.3 四名運動員在擊球瞬間持拍手臂的速度從小到大依次是右肩關節(jié)、右肘關節(jié)、右腕關節(jié)和右手，符合力學鞭打原理。

4.2 建議

4.2.1 加強肌肉的協(xié)調性訓練，使肌肉群能夠在短時間能迅速地調整到最佳狀態(tài)。

4.2.2 加強基本動作的練習，牢固掌握良好的擊打后場高遠球的技術動作。（作者單位：沈陽體育學院研究生部）

參考文獻：

[1]張麗莉.大學生網球運動員發(fā)球技術動作的肌電分析[D].東北師范大學，2013.

[2]丁海洋.男子網球運動員發(fā)球技術左下肢動作的生物力學分析[D].上海體育學院，2013.

[3]張曦元.網球發(fā)球中上肢環(huán)節(jié)鏈鞭打動作的生物力學研究[D].南京體育學院，2013.

[4]周萌然.網球上旋發(fā)球技術的生物力學分析[D].西南大學，2011.

[5]陳石.網球正手擊球動作下肢的生物力學特征分析[D].北京體育大學，2010.

第6篇：運動生物力學研究范文

關鍵詞 墊球 生物力學 方向 力度

中圖分類號：G804.95 文獻標識碼：A

0引言

作為一種傳統(tǒng)運動，排球廣受人們喜愛。隨著比賽規(guī)則的不斷改進，競爭更為激烈，如時間越來越緊、節(jié)奏越來越快，對排球運動員提出了更高的要求。墊球是排球的一個基礎動作。但實際中，由于用力不同，在以手臂迎擊時，極易出現(xiàn)下網或墊飛的情況，進而影響到己方成績。為此，有必要對墊球中所運用的生物力學原理加以分析，并合理使用，以提高墊球的成功率。

1墊球基本姿勢的生物力學分析

1.1如何墊大力量球

墊球的準備動作包括準備姿勢、擊球手型、手臂角度等。根據物理學中力學原理可知，當一個物體對另一個物體施力時，施加的力叫作用力；而另一物體在承受作用力時，會向施力物體也施加一定的力，叫做反作用力。在墊球時，排球對手臂施加的力即為作用力，手臂迎擊排球時產生的力為反作用力。當對方擊打的速度過快、力量太大時，如果只是以力打力、正面迎擊，兩股力量作用在一起，容易將球墊飛。所以，面對大力量球時，應進行緩沖，卸掉一部分力。為此展開試驗，從某班級抽取10人，首先進行大力量球的迎擊墊球，每人墊球100次，結果成功墊給二傳超過40個球的只有3個同學；墊飛出場的比例較高，下網次之，直接墊入對方場地的最少；然后進行卸力墊球，同樣是上面10位同學，每人墊100個球，由于做了卸力處理，墊給二傳的成功率大大提升，最高者達到75個，墊飛和下網的幾率則大大降低。

試驗表明，在迎擊大力量球時，若能進行卸力處理，墊球的成功率顯然有所提高。分析其中原因，作用力等于反作用力，但經卸力處理后的反作用力等于作用力減去緩沖力。可見，在排球運動中，墊球是有技巧的，抓住內在的力學規(guī)律，進行恰當處理，可有效提高墊球技術。訓練或比賽中所謂的“球感”，便可理解為是運動員自身下意識的利用力學原理控制球的力量和方向，將球墊到最理想的位置，為進攻奠定良好的基礎，即掌握了墊球的生物力學原理。

對其生物力學原理進行分析，作用力與反作用力相等，當球的力量太大時，反彈力一樣很大。所以，面對大力量球，盡量不要直接迎擊，應含胸收腹，當手臂接觸球后，隨著球向后撤，同時保持肌肉在放松狀態(tài)，緩沖來球的巨大力量。手型應做適當調整，用手臂或手腕控制好墊球的方向。如果擊球點接近身體且位置偏高，可用前臂墊球；而離身體較遠且位置偏低時，需改作屈肘翹腕的姿勢，用手腕上部進行墊球。此過程中的“含胸收腹”、“后撤”等都是緩沖、卸力的動作，主要是為了緩解沖力，有效地控制墊球方向和力度，做好防守。

1.2如何墊中等力量球

當來球速度相對較慢、力量稍微減弱時，墊球方法和墊大力量球有一定的區(qū)別。準備姿勢依舊保持深蹲，其余如手型、擊球點等基本相似，但用手臂應及時，要保持放松、速度要慢，借助球自身的反彈力，墊擊球的后下部，同時，蹬地、跟腰、提肩壓腕、抬臂等動作應一氣呵成。從此分析中可知，墊大力量球時的一些卸力動作已沒有使用的必要，而是改成了“蹬地”、“跟腰”、“提肩壓腕”等擊球的動作。這是因為中等力量的球速度相對要緩、力量也小些，作用到手臂上后無需再卸力緩沖，反而在力量較弱時還應施加部分力，才能保證球順利傳出去。此時，墊球的力量等于球的反作用力加上上臂對球施加的力，如蹬地等動作都是勢力動作。這樣充分證明了墊擊球應根據球的力量性質決定。力量稍大，給球的力量則應相對減??；而來球的力量相對較小時，應適當增加對球施加的力。

1.3如何墊擊輕球

墊擊輕球時，與上述兩種情況又有所不同。當來球到達腹前約一臂距離時，運動員應將雙臂加緊前身，插入球下，同時配合蹬地、跟腰、提肩、頂肘、壓腕、抬臂等全身協(xié)調動作迎擊來球，身體重心隨著擊球動作向前上方移動。這些動作也都屬于用力的動作，因為輕球的力量較小，若只憑其自身的反彈力，顯然很難墊到理想位置，這就要求主動擊球，在其反彈力的基礎上，施加一定的作用力，將球順利墊出。

2墊球方向的生物力學分析

排球是綜合多種因素的一項運動，且訓練或比賽中存在很多不確定因素，所以在對手發(fā)來球時，應快速移動過去，并對身邊狀況有個明確判斷，掌握好應對體側來球的墊球技術。從力學角度來看，當有力作用到某物體上，角度不同，反彈力的方向會有所改變。所以要運用體側墊球技術，若是左墊球，則以左腳前腳掌內側蹬地，左腳向左跨一步，同時重心移至左腳，兩膝彎曲、雙臂伸出，右肩稍微傾斜，左臂略高于右臂。然后轉體、收腹，同時提肩抬臂擊球。若是右墊球，則與以上動作方向相反。為保證球能夠順利傳至理想位置，在提肩抬臂擊球時，手臂內側應對準二傳隊員，此時，球的反作用會朝其固定方向飛去。在改變方向的同時，當然也要根據球力量的大小，采取相應的動作。

3結束語

墊球是排球運動中的基礎動作，必須熟悉掌握，才能做好其它的復雜動作。墊球的力量和方向較為重要，墊球中即蘊含著精妙的生物力學原理，面對不同力量的球，應以不同的姿勢和力度去迎擊，進而提高墊球的成功率。

參考文獻

[1] 葛傳志，葛傳剛.生物力學原理在排球墊球技術中應用的研究[J].文學與藝術，2011，24（6）.

第7篇：運動生物力學研究范文

摘 要 運動人體力學在人體結構的研究、測試方法和手段、測試數據處理的速度與準確度、研究的深度與廣度等方面都具有較大程度的提高。本論文是在羽毛球基礎技術的力學特點進行歸納與總結分析，分析的技術動作是扣殺、網前搓球（皆為正手）。

關鍵詞 運動生物力學 羽毛球項目 扣殺 網前搓球

從運動生物力學角度來看，羽毛球運動是通過羽毛球和球拍位置的變化（平動和轉動）與運動員機體的活動相結合的一項運動。運動員的擊球動作使球拍和球碰撞后，擊出的球以一定的動量、動量矩過網至對方場地范圍。歸納起來，羽毛球項目中的運動分類可大致包括：運動員的技術運動形成（動作技術）、羽毛球的碰撞運動（羽毛球與球拍碰撞）、羽毛球在空中的運動。此文獻是集中在扣殺、網前搓球這兩個技術動作給羽毛球的碰撞運動產生的效果。

一、扣殺

這種富有威脅性的進攻手段，從技術上看是一個上肢的鞭打動作，其技術特點主要有以下幾個方面。

（一）對大力扣殺擊球速度、高度、角度的解析

大力扣殺是教練員、運動員公認的殺傷力強的重要技術。殺傷力的大小取決于擊球速度、高度和角度。三者相輔相成，緊密結合好將勢必產生大力扣殺的最大效果。其中擊球速度是主要的。

（二）羽毛球扣殺上肢技術關鍵

羽毛球運動員扣殺的目的是使拍頭獲得最大的打擊速度和適宜的拍面位置。由于運動員扣球動作前基本無助跑和跳起，所以球拍速度的獲得是身體和持拍臂的協(xié)調配合和最大用力的結果。

影響羽毛球運動員扣殺的效果的關鍵技術主要是手臂的鞭打動作，影響上肢鞭打動作末端環(huán)節(jié)的關鍵因素：①軀干向投擲方向扭轉的時機；②上臂最大水平外展角；③上臂內旋角速度；④肘關節(jié)伸展動作開始時機；⑤出手（擊球）時刻肘關節(jié)伸展角速度。

二、網前搓球

搓球，就是在網前利用球拍與球的切擊摩擦，使羽毛球在球拍上獲得極小的縱向（或稱與拍面垂直方向）飛行速度，同時獲得較大的翻滾和旋轉速度，使球的飛行軌跡和飛行狀態(tài)發(fā)生變異，迫使對方擊球失誤或延誤其擊球點高度或擊球時間，從而直接得分或取得主動優(yōu)勢的一種擊球技術之一。

（一）搓球技術及其分類

搓球按其轉動方向和飛行狀態(tài)，一般可分為兩種，即翻滾式和偏軸旋轉式。翻滾式，即球搓出后，球的滾轉動方向幾乎是垂直于球的對稱軸。這種搓球，主要在對方回擊球離網很近貼網而落，而自己上網速度較快，能在離網頂約10厘米處搓擊時運用。但由于這種搓球球翻滾時阻力矩大，球保持翻滾狀態(tài)飛行的時間較短（一般翻滾不到兩三周就恢復正常了）。使用這種搓球時擊球點一定要高，且離網頂近，才能保證球在短暫的翻滾過程中迅速下墜。若擊球點低或離網頂遠，則球只能在未過網前的上升階段，飛向網頂過程中翻滾。真正過了網下落時，球的飛行已恢復正常，對對方也無威脅了。

偏軸旋轉式搓球，即搓出球的轉軸與球軸交角成30°-60°。這種偏軸旋轉式搓球，旋轉時球頭朝向飄忽不定，轉動時的空氣阻力矩較翻滾式小，球旋轉運動時問也較長，飛行軌跡差距大。當對方回球網前球離網較遠或自己上網較慢、擊球點略低時，照樣有使用價值。

（二）影響偏軸旋轉式搓球的力學因素

1．搓球時球拍切擊方向與球軸的夾角

偏軸旋轉式搓球，球拍切、方向與球軸的夾角是關鍵。夾角過小，則可能出現(xiàn)羽球過網時轉軸與對稱軸基本重合，此時固然球的轉動阻力矩為最小，但由于球頭朝向和飛行軌跡比較穩(wěn)定，對方容易還擊，實戰(zhàn)價值不大。但上述夾角如果過大，則會因使球旋轉的沖量矩（M•T，M是使球轉動的力矩，T是作用的時間）遠遠小于使球翻滾的沖量矩，使球主要以翻滾運動方式過網，也不能達到預期的技術效果。因此，球拍切擊方向與球軸夾角角度的控制是控制搓球的首要因素。

2．球飛行瞬時方向或球頭朝向與球拍搓擊方向的關系

眾所周知，球速過快是很難運用搓球技術的。搓球不僅有球拍切擊方向與球軸夾角的控制間題，還有球與球拍撞擊速度和反彈力的控制間題。球速過快，球在拍面上停留時間短，球撞擊速度不易控制，球易跳得高，這就失去了網前球的基本特點和作用。就要解決一個如何適當“減速”以利控制的問題。

這里的所謂“減速”，是指減少球與球拍撞擊速度或稱緩沖作用。當球拍搓擊方向與球飛行瞬時方向的夾角大大超過90°并趨近180°時，球與球拍相對運動速度是相加，所以速度必然高，當球拍搓擊方向與球飛行瞬時方向之夾角只有90°或更小時，球與球拍相對運動速度是相減，搓球易成功。成功的緩沖是控制搓球的第二個要素。

為了做到這點，當球過網后的橫向速度（與球網平行方向）是由左向右飛來時（即通常對方將球從自己右場區(qū)擊向我右場網前時），球拍也就應由左向右搓去，球較易控制。雖然這種球多數出現(xiàn)在我們正手區(qū)，由左向右搓擊手法有點別扭，只要多練，是可以掌握的。反之，球由右向左飛過來時，球就容易控制了。搓擊動作要注意用手指及時調整拍面角度，效果會更好些。

三、總結

根據羽毛球運動專項運動生物力學研究的現(xiàn)狀、運動生物力學學科發(fā)展趨勢以及羽毛球運動發(fā)展的實際需求，運用多種運動生物力學的理論力學和實驗研究相結合的方法，對羽毛球運動中的多個領域進行分析和研究，例如上肢技術動作分類后的細節(jié)力學分析或者場地步法的力學研究。這會將是運動生物力學在羽毛球運動項目中的研究發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1] 劉延柱,洪嘉振等.多剛體系統(tǒng)動力學[M].北京:高等教育出版社.1989.

第8篇：運動生物力學研究范文

關鍵詞：有限元 醫(yī)學 仿真實驗

Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation

Niu Xiaodong， Lu Lirong

Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China

Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.

Key words： FEA； medical； experimental of simulation

有限元分析是一種廣泛應用于工程科學技術的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，F(xiàn)E）的概念。有限元的核心思想是結構的離散化，就是將實際結構假想地離散為有限數目的規(guī)則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。

隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機大多數設計制造已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、生物醫(yī)學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發(fā)生了質的飛躍。

1 醫(yī)學有限元國內外研究現(xiàn)狀分析

有限元方法最早應用于骨科研究，開始于脊柱生物力學[1]。幾十年來其在解決生物力學問題上得到了廣泛應用，尤其近年來，隨著數字及計算機技術的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學性質，它越來越多地與各種動力學模型、參數優(yōu)化選擇、臨床放射學與實物測量、有機化學、組織學與免疫組化等方法巧妙結合，使結果更加準確可靠，成為生物力學研究中的一種重要工具。有限元方法在醫(yī)學上的研究主要包括以下四個方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影響有限元仿真實驗結果的精度、計算機計算過程、計算時間的長短，且模型建立的優(yōu)劣與建模人員的專業(yè)素質和有限元知識分不開?，F(xiàn)有研究的模型包括：人眼[2]、牙齒及矯正器[3]、脊柱[4]、顱腦骨骼[5]、胃[6]等人體骨骼及器官的三維有限元模型。

1.2 力學實驗仿真

A.Pandolfi，F(xiàn).Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關節(jié)三維有限元模型分析了骨骼變形對關節(jié)面接觸行為的影響以及約束關節(jié)運動對接觸應力的影響等[8]。

脊柱生物力學仿真是有限元法在生物力學中研究最早、分析最多、臨床上應用最廣泛的領域。杜東鵬等則對腰椎間盤膨隆的力學機制與腰椎疲勞骨折分別進行了探討[9]。

頭顱及顳下關節(jié)也是有限元在生物力學中研究的重點。呂長生等對建立的足部骨組織模型進行有限元分析，為運動損傷或運動鞋的評價等提供了依據[10]。王芳等建立并驗證中國人全頸椎有限元模型，用于揮鞭樣損傷分析[11]。米那瓦爾?阿不都熱依木采用有限元方法，對頜面外科手術術后的顏面軟組織形態(tài)變化進行預測[12]。

1.3 醫(yī)療器械的力學性能評價及優(yōu)化設計

牙科是有限元法在臨床應用中的一大領域，相應的各種牙科固定器材得以研制開發(fā)，這些器材的力學性能又是研制過程中重點解決的問題。蔡玉惠等研究了RPA卡環(huán)在游離端義齒應用中支持組織的應力分布狀況，對RPA卡環(huán)的臨床應用具有力學上的指導作用[9]。

在內固定鋼板方面，張美超等從臨床應用出發(fā)，利用有限元法對頸前路蝶型鋼板進行生物力學模擬分析，得到了與其一致的易斷裂部位預測[9]。

在人工關節(jié)方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關節(jié)中去掉股骨假體對髕骨活動的影響[13]。王永書等對患者胸腰椎爆裂性骨折節(jié)段（T12～L2）部位利用有限元進行手術模擬，均與標本模型及術后CT掃描基本相符[14]。

1.4 血流動力學CFD應用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent軟件進行了血管壁中組織液流動的數值研究[15]。喬愛科等利用有限元分析方法得出冠狀動脈搭橋術中對稱雙路搭橋比單路搭橋具有更合理的血流動力學，可以避免動脈粥樣硬化的危險性血流動力學因素，從而減少手術再狹窄的發(fā)生[16]。楊金有應用CFD計算流體力學軟件進行人體主動脈內血流數值模擬分析，為闡明血管疾病的發(fā)病機理提供理論依據[17]。姚偉用計算流體力學軟件Fluent計算人體小腿骨間膜組織間隙中蛋白質非均勻分布情況下組織液流動[18]。

2 醫(yī)學有限元仿真實驗方法

通過上述醫(yī)學有限元研究可得醫(yī)學仿真實驗的方法主要分為四步：（1）通過螺旋CT技術，采集大量的樣本圖像。運用現(xiàn)有醫(yī)用物理實驗室計算機對樣本圖像進行建模處理，并進行相關的有限元分析。（2）通過查閱相關國內外資料，針對所需建立模型的生理、物理等參數特性，在幾種常用圖像處理軟件（Mimcs，Proe等）中選取較為合理準確的有限元建模軟件。（3）在常用有限元分析軟件（ANSYS，F(xiàn)luent等）中選取較為合理準確的軟件對模型進行有限元分析。（4）將有限元分析結果與實際測量數據進行對比，分析有限元模型的準確性。

3 有限元法在醫(yī)學研究中的優(yōu)勢

有限元法在醫(yī)學研究中具有四個方面的突出優(yōu)勢：（1）可根據需要產生各種各樣的標本，對模型進行實驗條件仿真，模擬拉伸、彎曲、扭轉等各種力學實驗，可以在不同實驗條件下模擬任意部位變形、應力/應變分布、內部能量變化、極限破壞分析等情況。（2）標本也可以進行修正以模擬任何病理狀態(tài)。同一個標本在虛擬計算中可進行無數次加載或組合而不會被損壞。（3）其結果不受實驗條件的影響，也排除了實驗條件造成的誤差，而且可以重復計算，節(jié)約成本。（4）利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復雜條件、力學性能測試全面及可重復性好等優(yōu)點。

4 醫(yī)學院校開展醫(yī)學有限元仿真實驗的意義

在醫(yī)學院校開展醫(yī)學有限元仿真實驗，可以使學生將相關醫(yī)學、物理、生物等課程的知識綜合應用于仿真實驗中，給生物醫(yī)學工程專業(yè)學生的畢業(yè)設計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和熱情，使學生在自主科研創(chuàng)新的基礎上，設計相關仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業(yè)知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關的醫(yī)學、物理學、生物學等非本專業(yè)學科的專業(yè)知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應用技術。這些知識對于教師實驗教學、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫(yī)學仿真實驗的基礎上，建設醫(yī)學仿真實驗室，不僅可以為學生提供畢業(yè)實習條件，加強實習基地建設，而且與醫(yī)院相關科室進行合作，可以在生物力學基礎上預測手術中、長期效果，對醫(yī)生手術具有較為科學的指導，加強了學校與醫(yī)院的合作。

5 結束語

建立醫(yī)學有限元實驗有兩個關鍵的問題：（1）醫(yī)用有限元模型快速準確的建立。模型的快速準確建立可以減少仿真實驗所需時間、降低費用、增加仿真的準確性和可信性。（2）建立通用的有限元模型庫，為進一步的實驗教學和科研打下堅實的基礎。因此需要在具體實驗實踐中逐步探索和積累。

將工程有限元分析同醫(yī)學結合開設實驗課，屬于多學科之間的交叉領域，不僅可以提高學生對所學專業(yè)知識的綜合運用能力，增強學生就業(yè)與學習深造的競爭力，而且可以加強多學科教師的教學和科研合作，提高教師的教學科研水平。同時提高相關實驗室的利用率，為學生自主開展創(chuàng)新實驗提供平臺，加強學校和附屬醫(yī)院的教學科研合作，為醫(yī)學院校提供更為廣闊的教學和科學研究領域。

參考文獻

[1] Brekelmans WAM，Rybicki EF， Burdeaux BD. A new method to analysis the mechanical behavior ofskeletal parts[J].Acta Ortho Scand，1972，43（5）：301-317.

[2] 楊浩.人眼球物理建模及結合青光眼的生物力學分析初探[D].廈門：廈門大學，2006.

[3] 傅曉峰.上頜牙列及MBT直絲弓矯治器三維有限元模型的建立[J].口腔醫(yī)學，2006，26（5）：354-355.

[4] 劉耀升.腰椎L4～L5活動節(jié)段有限元模型的建立與驗證[J].第二軍醫(yī)大學學報，2006，27（6）：665-669.

[5] 何葉松.利用快速成型技術制造仿真人顱腦骨骼模型[J].中國醫(yī)科大學學報，2008，37（6）：828-830.

[6] 李悅溪.人體胃部三維有限元模型的建立[D].浙江：浙江大學，2007.

[7] A.Pandolfi，F(xiàn).Manganiello.A model for the human cornea：constitutive formulation and numerical analysis[J]. Biomechan Model Mechanobiol（2006） DOI10.1007/s10237-005-0014-x.

[8] Tammy L HD，Hull M L. A finite element model of the human knee joint for the study of tibia： femoral contact[J].Journal of Biomechanical Engineering，2002，124（3）：273-280.

[9] 張美超.國內生物力學中有限元的應用研究進展[J].解剖科學進展，2003，9（1）：53-56.

[10] 呂長生.計算機輔助活體足建模生物力學方法研究[J].光學技術，2008（34）：236-237.

[11] 王芳.揮鞭樣仿真全頸椎有限元模型的建立和驗證[J].生物醫(yī)學工程與臨床，2008，12（1）：13-16.

[12] 米那瓦爾?阿不都熱依木.計算機輔助頜面外科手術患者的面部軟組織有限元模型研究[D].新疆：新疆醫(yī)科大學，2008.

[13] Heegaard J H， Leyvraz P E， Hovey C B. A computer model to simulate patellar biomechanics following total knee replacement：the effects of femoral component alignment[J].Clinical Biomechanics， 2001，16（5）：415-423.

[14] 王永書.嚴重胸腰椎三柱損傷后路270°減壓內固定術的數字三維可視化手術模型研究[J].浙江創(chuàng)傷外科，2009，14（1）：1-3.

[15] Tada S， Tarbell JM. Internal elastic lamina affects the distribution of macromolecules in the arterial wall： a computational study[J].American J Physiology-heart and Circulatory Physiology，2004，287（2）：905-913.

[16] 喬愛科.單路和雙路CABG中血流動力學的比較[J].生物醫(yī)學工程學雜志，2006，23（2）：295-299.

第9篇：運動生物力學研究范文

種植義齒是口腔科領域中發(fā)展最快，最令人興奮的一個分支，已成為與高速渦輪牙機、全景X線機、高分子粘固材料并列的20世紀牙科發(fā)展的四項重大突破之一。一個成功的人工種植體應該和骨組織直接結合，形成良好的生物力學相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導致種植牙的失敗。據此，本文特將人工種植牙的生物力學研究進展作一概述。

1　應力分布研究方法的發(fā)展

在20世紀70年代以前，生物力學研究和應力分布的檢測多采用電測法和光彈法，電測法和光彈法屬于實驗應力分析法。電測法是實驗應力分析方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場測定，用于各種復雜環(huán)境下測量多種力學參數，但電測法只能逐點測量物件表面的應變，且僅能獲得應變片所在位置的應變平均值，不能直觀得出構件應力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時誤差較大。光彈應力分析法具有直觀性和全場性的優(yōu)點，可用以分析各種形狀的復雜構件和表面應力，也是口腔生物力學常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學和彈性理論聯(lián)系起來，如不能計算出模型內任意處的應力值和位移值。自從1973年Theresher和Farah幾乎同時將有限元法（finite element method，F(xiàn)EM）應用于口腔醫(yī)學領域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數學工具，在口腔生物力學研究中得到廣泛應用。FEM具有以下優(yōu)點：可以準確地表達復雜的幾何形狀；可以在同一模型上對不同性質的材料進行力學分析；可以進行復雜載荷條件下的應力分析；模型的轉換較為簡便；對應力的內部狀態(tài)及其它力學性能定量測定的代表性好，同時FEM在應用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個飛躍。1976年Weinstein等應用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應力分布，將FEM引入了口腔種植領域，從此，有關種植義齒生物力學的研究進入了一個新的階段。Meijer等［1］將二維有限元法和三維有限元法進行了比較，認為后者的模型相似性好，可客觀反映被分析受力結構的信息，但是有限元法的單元在大小、形狀、數目、載荷情況、假設條件與真實情況差異及邊界條件等均影響結果。因此，為使結果更加真實可信，有限元法的研究手段不斷完善，目前已從靜態(tài)研究發(fā)展到動態(tài)研究，并有向非線性發(fā)展的趨勢。

2　種植體材料對應力分布的影響

人工牙種植體的研究和應用已有30多年的歷史，但迄今為止，只有少數幾種材料的種植體為人們所接受，其中應用歷史最長、也最廣泛的是鈦質種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結合所形成的界面是動態(tài)的，在適當負荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會從53％增加到74％［2］，所以說鈦是一種理想的種植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法對種植體材料進行了研究得出結論，種植體材料的彈性模量至少為110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三維有限元法研究了Screwvent骨內種植體及支持組織應力分布情況，這種商業(yè)純鈦種植體最大應力區(qū)是在種植體的頸部，這些應力比商業(yè)純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內最大壓力值（19．57MPa）是在頸部的舌側區(qū)，而且Screwvent種植體近遠中應力（最大為0．38MPa）比種植體頰、舌側低得多。這一點和以前放射照片研究的骨吸收發(fā)生在種植體的近遠中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但還是有很大爭議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結合方式，從生化角度上看，對種植牙長期成功是有益的，但從生物力學角度是否有明顯的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）進行了研究認為：骨結合界面與骨適應界面比較，從生物力學上看種植牙周圍骨內的應力分布比較并沒有明顯的改善，這還有待于進一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韌高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯對二苯酸鹽（酯）聚合物（polyethyleneoxide polybutylenete rephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿齦種植體進行動物（狗）實驗研究，從組織學上和臨床方面作一比較，PL設有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可見重建，18周后恢復到原來的水平，結果PL比HA引起密度上較少的降低。這個結果顯示：柔韌種植材料更有利于應力向周圍骨組織傳導。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應力峰值，致密型PL功能合適，運動性能與天然牙相近似，表現(xiàn)出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應力峰值。從組織學觀察得出結論：柔韌的骨結合，種植體更能較好地把應力傳導到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3　種植體形態(tài)結構對應力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學性質及手術技術，種植體的表面形態(tài)也十分重要。近年來，國外學者圍繞著種植體以什么樣的形態(tài)結構才具有最佳的生物力學相容性，作了大量的研究。關于口腔種植體宏觀形態(tài)基本上認為以單個旋轉對稱為最佳，所以新近出現(xiàn)的或改良的種植體系列極少看到過去傳統(tǒng)的錨狀或翼狀形態(tài)。對種植體表面微觀形態(tài)，自70年代以來也是人們研究的熱門，在這個問題上雖然還有不同看法，但有一點是比較一致的，即粗糙的種植體表面更利于新骨生長，形成更廣泛骨種植體結合區(qū)。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨內種植體形狀與應力分布的關系得出結論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因為它降低了應力在骨皮質上的峰值。Rieger（1990）等［8］應用二維有限元法，對6種種植牙（Branemark，CoreVent，Denar，Miter，Stryker和一種實驗用種植牙—RBT411）進行定量分析，結果表明：所有6種種植牙都有根尖沖擊應力的存在，Denar種植牙應力最大，Denar、Miter和Stryker種植牙可出現(xiàn)牙槽嵴部病理性骨吸收，Miter和實驗用RBT411種植牙應力分布最好。Hurson（1994）［9］對3．25mm和3．8mm螺紋種植體進行了工程力學分析，闡述了螺紋設計原則，材料的強度，力學疲勞分析，提出了螺紋設計的標準。Binon（1996）［10］評價了六角形種植體（hexagonal implants）力學性質，與基臺相連的抗扭強度及適合的裝置，建議生產商應該提高種植體的耐受性、精確性、逼真性和堅固性。Arpinar（1996）等［11］用有限元法對兩種硬性種植體設計進行研究，結果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點區(qū)域產生高和應力集中，而實心螺旋種植體（ITI2）應力的分散轉移要比中空好得多。1996年黃輝等［12］對螺紋頂角角度對柱狀螺旋根管內種植體應力分布進行了研究，結果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導致種植體在支持組織的應力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應力分布較合理，為種植體設計、應用提供理論依據。

4 種植體的長度和直徑對應力分布的影響

對于種植體長度和直徑與種植體周圍骨面應力反應的關系，目前國外研究報告的觀點不一致。Mailath（1989）等［3］用有限元法對不同直徑的種植體進行生物力學研究，結果發(fā)現(xiàn)大直徑種植體產生有利的應力分布效果。Block（1990）［13］通過動物試驗證明，種植體從骨中拉出力與其長度關系極大，而與其直徑關系不大。Lum（1991）［14］發(fā)現(xiàn)骨界面應力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個種植體周圍，并據此推論使用短種植體可能對骨界面應力集中值影響不大。Lum（1992）［15］用工程統(tǒng)計學方法，分析了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導，結果發(fā)現(xiàn)，在軸向力作用下，僅僅長度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內。在水平力作用下長度大于12mm時，再增加長度對力的傳導無顯著差異。Meijer（1992）等［16］使用短種植體對其周圍的應力無太大影響。鄒敬才（1996）等[17］應用二維有限方法，對3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋型種植體進行對比分析，結果表明：螺旋型種植體直徑增加，對骨界面的總體應力分布規(guī)律影響不大，但隨著直徑的增加，對骨界面應力降低，種植體與骨界面的相對位移運動也相應減小，有利于骨界面的應力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli（1997）［18］等應用有限元法，比較了ITI中空圓柱兩段式種植體不同直徑（3．5mm，4．5mm，6mm）應力分布。結果發(fā)現(xiàn)：相對較大的直徑種植體更有利于下頜后部區(qū)域（應力分布好）。張少鋒（1997）等［19］用有限元法研究了種植體長度和直徑對種植全口義齒應力的影響，得出結論：種植體周圍骨界面應力的大小與種植體長度密切相關，呈負相關關系。種植體直徑在臨床常用范圍內變化時，僅引起自身應力集中值的改變，而對種植全口義齒的其它結構和組織應力狀況影響不大。

5 種植體上部結構的連接裝置對應力分布的影響

人們?yōu)榱巳ツ７绿烊谎姥乐苣さ木彌_作用，一些學者用一些具有粘彈性的材料如聚甲醛制成內動部件，連接種植體和附著體。McClumphy（1989）在種植牙上用聚甲醛材料設計了一個具有彈性的內連接體，并用鈦制作一相同的內連接體作對照，用光彈應力分析法對兩者進行了應力分布的對比研究，結果：在骨界面上應力分布兩者沒有顯著差異。van rossen（1990）等［20］通過二維有限元法，對不同彈性連接體彈性模量和不同外形的內連接體在單個種植體上進行分析，結果：內彈性連接體彈性模量的改變對周圍骨應力分布沒有影響。Chapman（1990）等［21］設計一種內部減震器（shockabsor＿ber），把種植體與義齒相連接，用鈦制作對比，結果：兩者有顯著性差別，可減少咬合力。elChkawi hG（1990）在種植體上部結構下面使用一層彈性材料，種植體不動，而上部結構可動，結果發(fā)現(xiàn)這種改進使應力和位移分布和天然牙相類似。Kraut（1993）等［23］設計了一種彈性內動連接系統(tǒng)，結果表明這套系統(tǒng)能吸收應力，減少達到種植體和周圍骨的應力值。