目录
总序
前言
章 绪论 1
1.1 生物医用材料概述 1
1.2 生物医用材料力学概述 2
1.3 生物医用材料力学的研究内容 4
1.4 本书的主要内容 8
参考文献 9
第2章 应力与应变理论 10
2.1 连续介质模型 10
2.2 张量 11
2.2.1 指标记法 11
2.2.2 矢量 13
2.. 二阶张量 13
2.2.4 二阶实对称张量的特征值与特征矢量 16
2.2.5 张量场 17
. 应力与主应力 20
..1 应力张量 20
..2 主应力与主轴 22
.. 应力张量的边界条件 24
2.4 应变与主应变 26
2.4.1 形变 26
2.4.2 应变张量 27
2.4.3 主应变 29
2.4.4 速度场与应变率 30
2.5 连续介质力学的基本方程 31
2.5.1 质量守恒方程 32
2.5.2 运动方程—线动量原理 33
2.5.3 能量守恒方程 34
2.5.4 热力-机械介质力学的完备方程组 36
参考文献 38
第3章 生物材料的力学能描述 39
3.1 材料的力学能 39
3.2 应力-应变曲线 41
3.2.1 脆材料的应力-应变曲线 41
3.2.2 塑材料的应力-应变曲线 42
3.3 弹与刚度 44
3.3.1 Hooke定律 44
3.3.2 弹模量 46
3.3.3 刚度 48
3.3.4 弹应变能密度 49
3.4 塑、强度与断裂 49
3.4.1 强度指标 50
3.4.2 强度理论 51
3.4.3 塑指标 53
3.4.4 断裂 53
3.5 韧 54
3.6 黏 55
3.7 黏弹 56
3.7.1 黏弹特征 57
3.7.2 线黏弹的经典力学模型 57
3.8 硬度 60
3.9 疲劳 62
3.10 磨损 64
3.10.1 黏着磨损 64
3.10.2 磨粒磨损 65
3.10.3 疲劳磨损 65
3.10.4 腐蚀磨损 66
3.10.5 冲蚀磨损 66
3.10.6 微动磨损 67
参考文献 67
第4章 生物材料力学实验技术 69
4.1 生物材料力学实验的方案设计 69
4.1.1 实验目标与意义 70
4.1.2 文献调研与分析 70
4.1.3 科学说和实验目标 71
4.1.4 实验方法与实验内容 71
4.1.5 实验设计 72
4.1.6 预实验 75
4.1.7 数据的记录与处理 76
4.2 生物材料拉伸实验 76
4.2.1 实验目的 76
4.2.2 实验器材 77
4.. 实验原理与方法 77
4.2.4 拉伸材料力学实验操作规程 80
4.3 生物材料压缩实验 81
4.3.1 实验目的 81
4.3.2 实验器材 82
4.3.3 实验原理与方法 82
4.4 生物材料弯曲实验 84
4.4.1 实验目的 84
4.4.2 实验器材 84
4.4.3 实验原理与方法 84
4.5 生物材料疲劳实验 86
4.5.1 实验目的 87
4.5.2 实验器材 87
4.5.3 实验原理与方法 87
4.5.4 动态材料力学实验操作规程 90
4.6 生物材料冲击实验 91
4.6.1 Hopkinson压杆测试系统 91
4.6.2 自由落体冲击系统 94
4.6.3 摆锤测试系统 95
4.7 生物材料硬度实验 96
4.7.1 洛氏硬度测试 96
4.7.2 布氏硬度测试 98
4.7.3 维氏硬度测试 100
4.7.4 显微硬度测试 101
4.8 生物材料纳米压痕实验 105
4.8.1 概述 105
4.8.2 基本原理和方法 106
4.8.3 问题与改进 109
4.8.4 纳米压痕测试操作步骤 111
4.9 生物材料磨损实验 115
4.9.1 实验目的 115
4.9.2 实验方法 116
4.9.3 实验器材 117
4.9.4 磨损评估指标 117
4.9.5 磨损实验举例：人工膝关节体磨损检测实验 118
参考文献 122
第5章 生物材料力学的数值 126
5.1 生物材料力学建模 126
5.1.1 影像采集 127
5.1.2 几何建模 128
5.1.3 网格划分 128
5.1.4 加载与求解方法 129
5.1.5 结果后处理 132
5.1.6 生物材料力学建模和生物材料力学实验对比 133
5.2 有限元分析技术 134
5.2.1 简介 134
5.2.2 计算力学的基础 135
5.. 有限元分析求解步骤 137
5.2.4 特点 138
5.2.5 分支 139
5.2.6 常用软件 141
5.2.7 发展现状及应用领域 142
5.3 数值举例1：头颈部冲击动力学分析 143
5.3.1 头颈部几何模型的建立 143
5.3.2 头颈部多刚体动力学模型 144
5.3.3 头颈部有限元模型 151
5.3.4 头颈部冲击分析 156
5.4 数值举例2：足踝部有限元与验分析 159
5.4.1 运用MIMICS对足踝部进行三维重建 159
5.4.2 足踝部实体模型构建 162
5.4.3 足踝部有限元模型构建及分析 164
5.5 数值举例3：人工膝关节磨损的模拟 168
5.5.1 人工膝关节聚乙烯衬垫的磨损 168
5.5.2 人工膝关节衬垫磨损模拟的算法研究 169
5.5.3 上楼梯对人工膝关节体磨损影响的有限元研究 172
参考文献 176
第6章 活组织材料的力学 182
6.1 生物活组织材料的力学特点 182
6.1.1 生物活 183
6.1.2 个体差异 183
6.1.3 非线 184
6.1.4 非均匀 184
6.1.5 各向异 185
6.1.6 定 185
6.1.7 耦合 186
6.2 骨组织材料的力学 187
6.2.1 哈氏系统的力学能 190
6.2.2 皮质骨的力学能 191
6.. 松质骨的力学能 199
6.2.4 骨的塑建与重建 200
6.3 关节软骨组织材料的力学 209
6.3.1 关节软骨的组成与结构 210
6.3.2 关节软骨的黏弹 212
6.3.3 关节软骨的渗透 215
6.3.4 关节软骨的摩擦与润滑 216
6.4 肌肉组织材料的力学 216
6.4.1 颤搐和强直 217
6.4.2 骨骼肌收缩机制 218
6.4.3 影响骨骼肌力量的因素 219
6.4.4 Hill三元素模型 2
6.5 韧带组织材料的力学 224
6.5.1 韧带的黏弹 224
6.5.2 影响韧带力学质的因素 225
参考文献 226
第7章 生物医用材料的力学 229
7.1 生物医用金属材料的力学 229
7.1.1 生物医用金属材料概述 229
7.1.2 生物医用金属材料的力学能 0
7.1.3 生物医用金属材料的疲劳能 5
7.1.4 生物医用金属材料腐蚀中的力学问题
7.1.5 材料 242
7.1.6 小结 242
7.2 生物医用高分子材料的力学 242
7.2.1 生物医用高分子材料概述 242
7.2.2 生物医用高分子材料的力学能 248
7.. 生物医用高分子材料降解中的力学问题 264
7.2.4 小结 277
7.3 生物陶瓷材料的力学 277
7.3.1 生物陶瓷材料概述 277
7.3.2 生物陶瓷材料的力学能 280
7.3.3 小结 288
7.4 生物纳米材料的力学 289
7.4.1 生物纳米材料概述 289
7.4.2 生物纳米材料的力学能 290
7.4.3 生物纳米材料力学能的影响因素 295
7.4.4 纳米材料的力学对生物学能的影响 308
7.4.5 小结 312
参考文献 313
第8章 材料仿生力学 322
8.1 仿生学与仿生材料 322
8.1.1 仿生学 322
8.1.2 仿生材料 3
8.2 啄木鸟头骨材料的力学 325
8.2.1 啄木鸟的头骨结构 326
8.2.2 啄木鸟头骨材料的成分分析 330
8.. 啄木鸟头骨材料的力学特 332
8.2.4 啄木鸟头部抗冲击机制及应用 333
8.3 坚果壳材料的力学 334
8.3.1 坚果壳的整体力学其影响因素 334
8.3.2 坚果壳材料力学质的研究 336
8.3.3 坚果壳的增韧机制 339
8.4 壁虎足部材料的力学 343
8.4.1 壁虎足部结构及单根刚毛黏附力 343
8.4.2 耦合刚毛力学、足部形态功爬行动力学的研究 345
8.4.3 壁虎足部黏附的机制 346
8.4.4 壁虎足部黏附机制的应用 348
参考文献 349
第9章 细胞、组织与材料相互作用的生物力学 354
9.1 细胞的力学行为 355
9.1.1 细胞在材料中的黏附与铺展 355
9.1.2 细胞在
本书为“生物材料科学与工程丛书”之一。生物材料与生物活组织的相互作用是材料学、力学、化学、医学、物理学等多学科叉耦的研究领域，是当代科学前沿的科研方向之一，具有很高的学术价值，所以本书试图把科学内容尤其是前沿的研究成果（包括作者自己的部分成果）与生物材料和生物力学的基础知识兼顾，在保知识体系全面系统的基础上，突出科学研究的前沿专题，如啄木鸟头骨材料等材料的仿生力学，可降解生物医用材料的力学，植介入材料与宿主组织、细胞的相互作用等研究。
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