生物力學(xué)與生物流變學(xué)教學(xué)大綱

1、課程編碼：BS05015 Code: BS05015課程名稱：生物力學(xué)與生物流變學(xué) Course Title: Biomechanics and Rheology課程類型：專業(yè)選修 Course category:Elective Courses in Specialty學(xué) 分：2 Credit(s): 2開(kāi)課單位：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering課程描述：本課程是工程力學(xué)專業(yè)的一門(mén)選修課，生物力學(xué)是一門(mén)新興的交叉學(xué)科，是研究力與生物體（主要是人體）運(yùn)動(dòng)、生理、病理之間關(guān)

2、系的學(xué)科。它以理論力學(xué),材料力學(xué),彈性力學(xué),有限元分析等課程為基礎(chǔ),用力學(xué)的基本理論和方法（解析法、數(shù)值方法）來(lái)分析、解決生命科學(xué)中的問(wèn)題，并通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究加以驗(yàn)證。為力學(xué)在生物體上的應(yīng)用開(kāi)拓了新的領(lǐng)域。在體育運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療衛(wèi)生保健、仿生學(xué)、假肢的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)勞動(dòng)保護(hù)等各方面有廣泛應(yīng)用。通過(guò)生物力學(xué)的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握用力學(xué)的理論和方法來(lái)分析解決生物體的運(yùn)動(dòng)分析，受力分析和力學(xué)性能研究的能力，拓寬學(xué)生的知識(shí)面和思維，提高學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為今后從事力學(xué)和生物力學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。流變學(xué)是力學(xué)的一個(gè)新分支，它主要研究物理材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形和流動(dòng)的規(guī)律

3、。研究對(duì)象主要是流體，還有軟固體或者在某些條件下固體可以流動(dòng)而不是彈性形變，它適用于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。Course description: This is an optional course of engineering mechanics. Biomechanics is a new interdisciplinary subject. It is a subject that studies the relationship between force and organism (mainly human body) movement, physiology and patholog

4、y. Based on the courses of theoretical mechanics, material mechanics, elastic mechanics and finite element analysis, the basic theory and method of Mechanics (analytic method and numerical method) are used to analyze and solve the problems in life science, and verified by animal experiments. It has

5、opened up new fields for the application of mechanics in biology. It has been widely applied in sports, medical and health care, bionics, prosthetic design, production and labor protection. Through the study of biomechanics, students can grasp the theory and method of mechanics to analyze and solve

6、the motion analysis of the organism, the ability of force analysis and the study of mechanical properties, broaden the students knowledge and thinking, and improve the ability of the students to analyze and solve practical problems. It will lay a good foundation for mechanical and biomechanical rese

7、arch in the future. Rheology is a new branch of mechanics. It mainly studies the laws of deformation and flow related to time factors under the conditions of stress, strain, temperature and humidity, radiation and so on. The research object is mainly fluid, soft solid or in some conditions solid can

8、 flow rather than elastic deformation, it is suitable for complex structures. 課程內(nèi)容（一）課程教學(xué)目標(biāo)通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生具備以下能力：1了解什么叫生物力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)生物力學(xué)？掌握生物力學(xué)的研究目的、內(nèi)容和研究方法。2. 了解解剖學(xué)的姿勢(shì)和常用術(shù)語(yǔ)，掌握骨骼、骨連接和骨骼肌的作用和分類。3. 了解生物運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究?jī)?nèi)容、方法,掌握生物力學(xué)的受力分析和平衡方程及應(yīng)用。4. 了解變形體生物力學(xué)研究的內(nèi)容,掌握骨骼在拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲和交變應(yīng)力作用時(shí)的力學(xué)性能及其實(shí)驗(yàn)研究。5. 了解流變學(xué)的基本概念，流變

9、學(xué)研究的重要性。6. 了解聚合物熔體的流動(dòng)性。7. 了解流變性能的測(cè)定。8. 了解基本物理量、流變基礎(chǔ)方程及本構(gòu)方程。9. 了解流變學(xué)基礎(chǔ)方程的初步應(yīng)用。10. 了解開(kāi)煉機(jī)的加工過(guò)程。（二）基本教學(xué)內(nèi)容第一講、生物力學(xué)與流變學(xué)緒論教學(xué)目的與要求：掌握流變學(xué)的基本概念。教學(xué)重點(diǎn)：流變學(xué)的概念；流變學(xué)與分子結(jié)構(gòu)、加工、形態(tài)、應(yīng)用等的關(guān)系，如分子量、分子量分布及支化程度對(duì)聚合物流變性的影響教學(xué)難點(diǎn)：流變學(xué)的概念（包軸現(xiàn)象、出口壓力降、假塑性流體、粘流活化能、表觀剪切粘度、熔融指數(shù)、維森堡效應(yīng)、擠出脹大、可回復(fù)形變、觸變性流體）教學(xué)內(nèi)容：流變學(xué)的基本概念、流變學(xué)研究的重要性。學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)第二講、生

10、物力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)目的與要求：了解生物力學(xué)導(dǎo)論的基本概念。教學(xué)重點(diǎn)：生物力學(xué)導(dǎo)論中用到的主要力學(xué)概念。教學(xué)難點(diǎn)：生物力學(xué)的力學(xué)概念掌握。教學(xué)內(nèi)容：生物力學(xué)的基本概念。學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)第二講、流變學(xué)基礎(chǔ)方程教學(xué)目的與要求：掌握流變學(xué)基礎(chǔ)方程的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)：拖曳流與壓力流速度及溫度分布計(jì)算公式。教學(xué)難點(diǎn)：拖曳流與壓力流速度及溫度分布計(jì)算公式。教學(xué)內(nèi)容：推導(dǎo)兩平板間牛頓流體拖曳流溫度計(jì)速度分布計(jì)算公式、推導(dǎo)牛頓與冪律流體壓力流溫度及速度分布計(jì)算公式。學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)第三講、聚合物熔體的流動(dòng)性教學(xué)目的與要求：掌握聚合物的非牛頓型流動(dòng)、影響聚合物剪切粘度的因素、高聚物熔體的彈性以及拉伸流動(dòng)。教學(xué)重點(diǎn)

11、：流動(dòng)曲線的分類機(jī)每種流動(dòng)曲線特征、影響?zhàn)ざ鹊母鞣N因素、擠出脹大現(xiàn)象、與剪切粘度的比較教學(xué)難點(diǎn)：非牛頓指數(shù)的物理意義和流動(dòng)曲線的分類，每種流動(dòng)曲線特點(diǎn)并舉例，剪切變稀行為，松弛時(shí)間的概念，熔體破裂原因教學(xué)內(nèi)容：高聚物粘流態(tài)的特點(diǎn)、從鏈結(jié)構(gòu)出發(fā)，學(xué)習(xí)鏈結(jié)構(gòu)、分子量及分布、支化、交聯(lián)對(duì)黏度的影響、從溫度、剪切速率、壓力等方面，學(xué)習(xí)加工條件對(duì)黏度的影響、從配方方面，學(xué)習(xí)碳黑、碳酸鈣、增塑劑對(duì)黏度的影響，高聚物彈性的幾個(gè)物理量的表征，拉伸粘度概念，與剪切粘度的比較，應(yīng)用。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)第四講、基本物理量、流變基礎(chǔ)方程及本構(gòu)方程教學(xué)目的與要求：掌握基本物理量、流變基礎(chǔ)方程及本構(gòu)方程。教學(xué)重點(diǎn)：直角坐標(biāo)

12、系中的連續(xù)性和動(dòng)量方程。教學(xué)難點(diǎn)：直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性和動(dòng)量方程。教學(xué)內(nèi)容：基本物理量、直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性方程、直角坐標(biāo)系中的動(dòng)量方程學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí) 第五講、肌肉生物力學(xué)研究方法與技術(shù)教學(xué)目的與要求：掌握肌肉的力學(xué)建模以及力學(xué)分析方法。教學(xué)重點(diǎn)：肌肉的主要構(gòu)成與建模。教學(xué)難點(diǎn)：肌肉的力學(xué)分析方法。教學(xué)內(nèi)容：肌肉的解剖學(xué)介紹、力學(xué)建模、力學(xué)分析方法以及最前沿研究。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí) 第六講、骨骼生物力學(xué)研究方法與技術(shù)教學(xué)目的與要求：掌握骨骼的力學(xué)建模以及力學(xué)分析方法。教學(xué)重點(diǎn)：骨骼的力學(xué)建模。教學(xué)難點(diǎn)：骨骼的力學(xué)分析方法。教學(xué)內(nèi)容：骨骼的解剖學(xué)介紹、力學(xué)建模、力學(xué)分析方法以及最前沿研究。學(xué)時(shí)分

13、配：4學(xué)時(shí) 第七講、血管力學(xué)生物學(xué)研究方法與技術(shù)教學(xué)目的與要求：掌握血管的建模以及力學(xué)分析方法。教學(xué)重點(diǎn)：血管的力學(xué)建模。教學(xué)難點(diǎn)：血管的力學(xué)分析方法。教學(xué)內(nèi)容：血管的解剖學(xué)介紹、力學(xué)建模、力學(xué)分析方法以及最前沿研究。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí) 第八講、腫瘤生長(zhǎng)及化學(xué)治療藥物傳遞的生物力學(xué)教學(xué)目的與要求：掌握腫瘤生長(zhǎng)及藥物傳遞的力學(xué)建模以及力學(xué)分析方法。教學(xué)重點(diǎn)：腫瘤生長(zhǎng)及藥物傳遞的力學(xué)建模。教學(xué)難點(diǎn)：腫瘤生長(zhǎng)及藥物傳遞的力學(xué)分析方法。教學(xué)內(nèi)容：腫瘤的解剖學(xué)介紹、腫瘤生長(zhǎng)及藥物傳遞力學(xué)建模、力學(xué)分析方法以及最前沿研究。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)第九講、生物力學(xué)與康復(fù)工程教學(xué)目的與要求：掌握生物體機(jī)能自愈合和康復(fù)機(jī)理的力學(xué)建模以及力學(xué)分析方法。教學(xué)重點(diǎn)：生物體機(jī)能自愈合和康復(fù)機(jī)理的力學(xué)建模。教學(xué)難點(diǎn)：生物體機(jī)能自愈合和康復(fù)機(jī)理的力學(xué)分析方法。教學(xué)內(nèi)