生物摩擦学 关节的摩擦和润滑PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 生物摩擦学的世界 1

1.1.1 滑膜关节（synovial joint）和人工关节（joint prosthesis）的摩擦学 2

1.1.2 皮肤（表皮，epidermis）的摩擦学 3

1.1.3 腱（tendon）、韧带（ligament）的摩擦学 3

1.1.4 人工心脏瓣膜（heart valve prosthesis）的摩擦学 4

1.1.5 牙齿的摩擦学 5

1.1.6 关于生殖器的摩擦学 7

1.2 润滑、摩擦和磨损 8

1.2.1 流体润滑 8

1.2.2 边界润滑 14

1.2.3 磨损 18

1.3 步行时髋关节的载荷和运动 20

参考文献 24

2 关节的构造 27

2.1 滑膜 28

2.1.1 构造 28

2.1.2 功能 32

2.2 软骨 32

2.2.1 表面构造 33

2.2.2 软骨实质的构造 34

2.2.3 软骨细胞和细胞外基质（matrix） 36

2.3 关节液（滑液） 39

2.3.1 组成 39

2.3.2 黏性 40

2.4 关节液的边界润滑性 43

参考文献 49

3 关节的摩擦 50

3.1 关节摩擦的测定技术 50

3.2 活体膝关节的摩擦测定 53

3.3 关节的摩擦特性 58

3.3.1 周围软组织的影响 58

3.3.2 加载后的持续时间和关节摩擦 59

3.3.3 软骨表面的凝胶状物质的影响 60

参考文献 61

4 关节的润滑机制 62

4.1 活体关节的润滑机制 62

4.1.1 活体关节摩擦面上可能成立的润滑机制 62

4.1.2 以往关于关节润滑的观点 64

4.1.3 再论边界润滑和流体润滑 68

4.2 载荷变形引起的正常活体关节的摩擦增大 70

4.2.1 用动物关节实测的载荷变形和摩擦力的关系 71

4.2.2 变形量和摩擦系数的理论关系 73

4.3 关节运动引起摩擦增大的缓和 75

参考文献 79

5 人工关节的润滑 80

5.1 人工关节润滑的基本原理 82

5.1.1 不期待流体润滑时的人工关节的设计 83

5.1.2 关节所处的力学环境 85

5.1.3 流体润滑的概略分析 88

5.2 人工髋关节的弹性流体润滑 91

5.2.1 基础公式的引入 92

5.2.2 数值计算的方法 94

5.2.3 表面形状（流体膜厚）和压力分布随时间的变化 97

5.2.4 最小流体膜厚 97

5.3 实现流体润滑的最优设计 99

5.3.1 设计条件和周围条件 100

5.3.2 最小流体膜厚及其最小值 100

5.3.3 设计条件和流体膜厚 100

5.3.4 周围条件变化时的（润滑）稳定性 104

5.4 固体接触开始后，流体润滑膜的保持 108

5.4.1 固体接触开始后的人工髋关节的摩擦 109

5.4.2 载荷分担比的计算 112

5.5 人工膝关节的润滑 115

5.5.1 通过测定摩擦面的形状推算摩擦面单位压力 115

5.5.2 通过振子法测定摩擦系数 118

5.5.3 摩擦面单位压力和润滑性能的关系 118

5.5.4 人工膝关节的设计和润滑性能 120

参考文献 121

6 植入材料的磨损与疲劳 122

6.1 人工关节材料的耐磨性 122

6.2 步行模拟器试验 124

6.3 磨损毒性 129

6.4 体内人工材料的疲劳强度 132

参考文献 135

7 关节机构的轴承功能 136

7.1 韧带的力学特性 136

7.1.1 准静态拉伸条件下韧带的力学特性 136

7.1.2 高速拉伸时韧带的力学行为 146

7.2 从运动学看关节功能 150

7.2.1 关节的运动自由度 150

7.2.2 膝关节的运动自由度 151

7.3 人膝关节的约束结构 155

7.3.1 轴向力对膝关节的回旋稳定性的影响 156

7.3.2 成人膝关节的回旋稳定性 157

7.3.3 “爬坡”效应的定量计算 162

7.3.4 因韧带张力引起的回旋力矩 162

参考文献 164

8 人工关节的设计 166

8.1 人工髋关节的材质与摩擦面形状 166

8.1.1 材质的选择 166

8.1.2 摩擦面形状 171

8.2 作为轴承机构的人工膝关节的功能 175

8.2.1 从铰链型到解剖学设计 176

8.2.2 解剖学设计存在的问题 178

8.2.3 各种人工膝关节的内在稳定性 180

8.2.4 对人工膝关节期望的稳定性 182

8.2.5 润滑性能和运动功能 183

8.3 圆柱面型人工膝关节 184

8.4 人工软骨 194

参考文献 198

索引 199