体。有机整体,即由各种器官和组织以及其中的液体和气体组成的整体;有机体的联合体,即由生物体各部分,如人是由头、躯干、四肢及内脏等组成的有机联合体。
生物系统的运动表现形式有两种:①整个生物系统对于其周围的介质、支撑物或其他物体发生位移,例如人的行走;②生物系统本身发生形变,即其中一部分相对于另一部分发生位移,例如弯腰、伸腿。生物体运动要消耗能量,生物体的能量消耗有两个方面,一是用以完成规定的动作称为有效消耗;二是以热量散失称为无用消耗。
人体生物力学侧重研究人体各部分的力量、活动范围和速度,人体组织对于不同阻力所发挥出力量的数值、人体各部分的重量、重心变化以及做动作时的惯性等问题,其研究目的是为了使人在人机系统中更好地发挥其作用,尽量避免做无用功,使人能有效地工作,提高活动效率,减少疲劳,确保人身安全。
在安全人机工程学的设计与分析、评价及“三同时”审查、事故分析等时,就要准确地确定操作者和设备的最有利工作范围和界限,因此就得利用人体生物力学方法。为使操作者安全舒适地工作,在设计操纵机构时必须考虑人体出力大小、动作轨迹、动作平稳程度以及人体各部分运动的方向等因素,均要运用人体生物力学的理论。
一、人体生物力学的一般知识
人体完成各种活动动作的运动器官系统,由肌肉、关节、骨骼等组成。全身的关节将骨节连接成一体,形成可以活动的骨骼体系,肌肉跨越关节粘附于骨之上。肌肉、关节、骨三者在神经系统的支配和协调下,按照人的意志,共同准确地由肌肉的收缩与舒张牵动骨通过关节的作用而产生各种动作。
1、骨骼的功能
1)人体骨骼强度。在一定范围内,故的应力-应变关系是线性的,服从虎克定律,但当人体骨骼强度。在一定范围内,骨的应力超过一定应力数值后,这种关系就不再成立。
人体胫骨强度实验结果与其他材料强度的比较见表3-29,人体骨骼的抗弯强度、抗压强度和抗扭强度见表3-30
2)骨的功能。人体全身约有206块骨,可分为头颅骨、上肢骨、下肢骨、躯干骨、脊椎骨等,由这些有生命而坚硬的骨支撑着人体,每块骨都有一定的形态、结构、功能、位置及其神经和血管。骨所承担的功能主要有:
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