运动生物力学研究精选(九篇)

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第1篇：运动生物力学研究范文

关键词 运动生物力学 竞技体育 现状 趋势

一、前言

运动生物力学以其多学科的交叉应用性的研究成果应用于指导体育运动实践；特别是竞技体育的科学训练的需要，运动生物力学在测量技术上不断取得新突破，在改进和完善动作技术，选择和设计优化的动作技术方案等的方面产生了积极的影响。运动生物力学在技术原理方面的研究为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。此外，运动生物力学在运动创伤的防治、康复器械的改进，仿生机械等方面也有重要作用；同时也为运动员选材提供了依据。

二、运动生物力学在竞技体育中的研究现状

（一）竞技体育中运动装备、训练器械、测试仪器的研究现状

在竞技体育中对运动装备、训练器械、测试仪器的研究是直接为提高运动成绩服务的，这就对运动生物力学在竞技体育中的科研提出了很高的要求。但就目前的运动生物力学测试仪器来说，测试仪器越来越多样化、测试结果也越来越精确。而且，许多新的现代化的技术装备也被应用到运动生物力学研究上，如运动器械等的研究如运动鞋、训练器材等，近些年对运动器械、仪器设备的研发方面的研究比较少，这类研究有比较好的前景，若利用得当，将大大推动学科的发展，同时对经济的增长也有很大作用[1]。

（二）运动员选材方面的研究现状

运动员选材已从单一方面研究深入到全面展示不同项目运动员身体形态、生理机能、运动力学生物力学等方面的综合的研究，这些学科需要多种方法综合运用，以达到理想的效果。对于竞技体育选材的问题，要从多学科交叉研究才能完成。而运动生物力学的研究更加依赖高新技术运动生物力学的研究，而当前竞技体育中相对缺乏高科技多学科的综合，测试方法上的局限于现有方法的应用，且缺乏较高水平的运动生物力学在运动员选材方面研究；在选材内容上偏重于以往的仪器测试，在选材项目上比较局限，展开的项目不多，也没有进行深入研究。

（三）运动损伤及其康复的研究现状

运动生物力学研究竞技体育中运动训练引起损伤机制，了解与认识其病因、探讨预防、治疗及康复措施一直是运动医学与运动生物力学在竞技体育研究中要解决的重点问题之一。在竞技体育中用运动生物力学的方法研究运动损伤及康复的研究也越来越受到重视，而且与运动专项结合更加紧密。运动损伤相关研究包括对正常运动系统的研究，由于运动创伤中以韧带、软骨的损伤为主，故韧带与软骨成为研究的重点，尤其是软骨，此外对运动损伤相关研究还包括运动损伤及修复与重建后相关组织的生物力学研究，运动损伤及修复与重建后关节的整体生物力学特性研究也是研究重点[2]。

（四）技术动作的研究现状

竞技体育项目动作的技术分析研究是目前运动生物力学研究成果最多的，这些研究成果为运动成绩的提高作了重大的贡献。但是在技术动作的研究中也出现了一些问题，田径、武术等项目研究得比较多，而技术稳定性差，对抗性及灵活性强的项目研究的比较少，这也许是由于像田径等稳定性强的动作技术容易进行分析研究，而技术稳定性弱的项目技术动作不易分析研究而造成的。运动生物力学在技术研究中目前最先要解决的是怎样将生物力学的有关理论尽快地运用到体育实践中解决技术训练中存在的具体问题。

（五）人体运动模型研究及计算机模拟与仿真的模拟现状

经计算机实现对人体运动的模拟仿真，这类研究是目前处于人体运动研究的最前沿的理论方法，它不仅能用电脑全过程模拟人体各种复杂运动并用三维动画方式完整地显示，而且能对人体尚未实现的运动预测其可能性和技术要点[3]。这一方法将是今后运动生物力学研究的重要方面。这些方法在竞技体育中能得以应用将会对我国竞技体育的发展将会有着重大的意义。目前我国在这个方面研究的不是很多主要是应用于高难度，高危险性的技术的方面的项目，如：跳水项目，郝卫平等建立了跳水运动的三维人体运动仿真与显示平台――数字化三维跳水专项运动仿真系统，这种系统的建立可以对运动技术与连接方式进行精确的分析研究，有效的指导技术训练。

（六）运动生物力学的理论研究与实验测试结合的研究现状

目前运动生物力学的理论研究成果还比较少，研究成果不够丰富，从而成为制约我国运动生物力学在竞技体育中发展的瓶颈。测试报告复杂难懂：通过运动生物力学测试，我们提供给教练的测试报告大多数都是数字、曲线等比较抽象的材料，由于教练和运动员自身的生物力学知识水平受限，他们对科研人员提供的数据和材料难以理解，很难将科研成果吸收和消化、时间长就丧失了对科研的兴趣，科研训练实践严重脱节[4]。

三、运动生物力学在竞技体育中的发展趋势

（一）运动装备、训练器械、测试仪器设备的研究日益引起重视

运动装备、训练器械、测试仪器设备是与竞技体育的发展是密不可分的，当今竞技体育的发展对装备、器械、测试仪器提出了更高的要求。近年来运动生物力学与其它学科的指标进行交叉运用使测试仪器的功能、准确度等不断的提高。器材与测试仪器出现专项化，测试和训练的计算机化，专项技术的专用测试仪器以及运动员的服装，器械的研究不断的增强。随着科学训练的不断普及化，技术测试仪器专项化等在竞技体育研究中得到充分应用并不断向科学化和合理化的方向发展。运动生物力学在设计、研究、改进体育仪器、运动装备、训练器械等历来是研究的一个重要方面，运动生物力学在未来的竞技体育科研中应以机械、电子、材料、计算机等的专家积极交流，在竞技体育的仪器、器材设备、和设施的科研、开发和应用方面，发挥自己的作用。

（二）运动生物化学在运动员选材中将扮演更加重要的作用

运动生物力学中的许多测试仪器可用来收集、分析和评价运动员与器材运动的信息，高速摄影仪，测力台、肌电图、关节测角仪等这些仪器精确度高，效果好。且这些仪器是科研人员的在竞技体育研究中的重要研究工具，运动员选材在竞技体育中是非常重要的，随着科学训练的普及化，有些仪器也被教练员及科研人员使用来进行运动员选材并且在选材过程中扮演中重要的作用

（三）运动损伤及康复的研究将更加的深入

预防运动损伤是运动员取得更好的成绩有着重要的意义，并且在实践研究中找出导致损伤的因素及提出预防措施，使运动损伤的风险降至最低，为运动员取得最佳成绩打下了基础。近年来我国在运动损伤及康复的研究也越来越受到重视且与运动专项结合不断加强。预防运动损伤与康复的研究要多方法、多学科结合的研究，所以加强多学科的交叉对预防运动员伤病与康复的研究是运动生物力学研究的发展趋势。

（四）技术动作的分析研究增多

竞技体育动作技术研究是运动生物力学主要研究的领域之一。用运动生物力学原理优化的训练方法与技术动作应用在竞技体育中，可以有效延长运动寿命还可以预防运动的损伤，为运动员取得理想的成绩奠定了基础。目前研究技术动作最多的项目有田径、武术等技术稳定性的项目，而集体项目、对抗性项目等项目研究的较少。而今后竞技体育的动作技术研究的发展趋势主要有：从几个运动项目的研究向众多运动项目的研究扩展；从单人项目向集体项目向对抗性项目发展；从单纯技术研究向战术研究发展；从单项指标的测试研究向多项指标的综合测试；从单一的运动学指标测试研究向运动学、动力学、生物学多项指标的综合测试研究发展；从单学科研究向多学科综合研究发展；从单一的运动生物力学研究向生物力学、运动生理生化、运动心理等多学科的综合测试研究方向迈进[5]。

（五）人体运动模型研究及计算机模拟与仿真

计算机实现对人体运动模型的研究是目前处于人体运动研究的最前沿的理论方法，此种方法不仅能用电脑全过程模拟人体各种运动并用三维动画方式完整地显示出来，而且还能对人体尚未实现的运动预测其可能性和技术要点，这个方法是运动生物力学今后研究的重要领域之一。但是随着电子计算机在运动生物力学研究中的普遍利用，运动生物力学研究中很多困难已逐步得到解决，因此，建立各种运动模型进行模拟试验是运动生物力学研究方法的又一发展趋势。在建立人体运动模型的基础上，对运动过程进行模拟与仿真是目前也是目前运动生物力学探索的难点及运动生物力学尖端研究课题。国家体育总局科研所郝卫亚等[6]研究并实现了一个适合于跳水运动的三维人体运动仿真与显示平台――数字化三维跳水专项运动仿真系统。通过该系统，可以对竞技体育动作技术进行生物力学的分析且利用三维动画对运动员的动作技术进行模拟仿真，进而促进科学化训练。

（六）运动生物力学的基础理论研究与训练实验的结合不断加强

运动生物力学的研究旨在更好的进行科学训练，目前最先要解决的是怎样将生物力学的有关理论和测试方法等研究尽快地运用到竞技体育实践中解决运动训练的具体问题，为此根据目前训练的需要应将研究的报告简单化、形象化、实用化，以提高运动训练的实效性，帮助运动员提高运动成绩。

四、小结

（一）对运动技术研究在今后运动生物力学在竞技体育研究中仍然是研究的重点，竞技体育动作技术研究是今后运动生物力学研究的重要领域之一。

（二）运动装备、训练器械、测试仪器设备的研制增多，且运用高新技术研制生物力学的测试仪器是运动生物力学研究者不断研究的内容。

（三）运动生物力学在运动员的选才过程中将扮演中重要的作用，随着科学训练的普及化，运动生物力学中的许多测试仪器经常应用于运动员的选材。

（四）运动损伤与康复的研究将更加得到重视，应广泛结合其它学科的交叉研究共同解决运动生物力学在竞技体育研究中的有关问题，而且与运动专项结合更加紧密的研究以期来减少在训练中的运动损伤。

（五）加强多学科的合作，研究与训练实践的更好结合，促进运动生物力学的科研更好地为训练服务，以提高运动训练的实效性，促进运动员成绩的提高。

（六）人体运动模型及计算机模拟仿真等高新技术使运动生物力学的研究手段得到大幅度提高，适时运用高新技术来研制测试仪器是运动生物力学研究的一个重要课题。

参考文献：

[1]路慧娟.我国近十年运动生物力学的研究进展及发展趋势[J].科技创新导报.2010.2.2.

[2]刘平.生物力学在运动医学领域应用现状和展望[J].医用生物力学.2008.2(23):99.

[3]华立君.运动生物力学的研究现状与展望[J].牡丹江师范学院学报.2006.4:41-42.

[4]华立君.运动生物力学的研究现状与展望[J].牡丹江师范学院学报.2006.4:41-42.

第2篇：运动生物力学研究范文

排舞运动以它独具的特色和魅力深受广大学生的喜爱，是一项有益身心的体育运动。

一、研究方法

（一）文献资料法

了解并掌握有关排舞运动及其对大学生心理影响的研究现状和前沿动态，为本文的研究提供理论基?A和解决问题的思路。

（二）专家访谈法

向有着丰富经验的并在排舞运动专业、体育心理学专业、运动心理学专业拥有杰出成就的专家进行访谈和咨询，学习他们的思路及研究方法。

二、排舞运动的价值

（一）增进健康，提高身体素质

排舞属于中等强度的有氧运动，具有很高的锻炼价值。经常参加排舞练习，可使人体的心血管系统、呼吸系统、神经系统、运动系统的机能得到改善和提高。可有效提高人体的心肺功能，消除大脑疲劳和紧张，使肌肉的协调性、柔韧性和关节的灵活性大大提高，从而达到改善机体健康状态的目的，并对身体素质的提高有积极的促进作用。

（二）放松心情，舒缓身心压力

在参加排舞练习时，不必担心舞伴，不必担心尴尬，不必担心跳错，不必担心自身条件，只要随着优雅的舞曲翩翩起舞就可，多变的舞步、自由的参与形式可使人最大限度地放松心情，舒缓身心压力，并获得一定的感官满足和精神放松。练习者在优美动听的音乐、美妙的舞姿中，消除疲劳，陶冶心灵，感受愉快的情绪，从而达到最佳的心理状态，可见排舞运动是最理想的缓解心理压力的方式之一。

（三）强身健体，塑造优美形体

由于排舞融合了恰恰、伦巴、曼波、牛仔、华尔兹、摇滚等多种舞步，腰腹部和髋部动作丰富，练习者可将舞步、身体、手臂动作结合起来自由发挥，可轻松达到健身减肥的效果，有利于塑造优美形体。在优美动听的音乐旋律中，用心灵共舞，塑造出各种美妙的意境组合，体现出美的姿态、美的造型，给人以艺术的熏陶和美的享受。

（四）以舞会友，拓展社会关系

排舞“排排跳”的形式决定了参与者必须组成一种临时的或相对稳定的健身娱乐群体，参与者以提高健康水平、支配余暇时间、扩大社交范围为目的，人与人之间、个体与集体之间、集体与集体之间的交往，有利于培养和谐的人际关系，同时还可为构建和谐社会起到积极的作用。

三、大学生心理健康现状

大量数据表明，大学生心理健康问题日趋严重，这在很大程度上影响大学生的成长。大学阶段是人才发展的重要阶段，大学生是国家高级人才的后备军。来自社会、家庭的要求和期望很高，个人成才欲望强烈。从个体发展的角度看，大学生正处于青年期向成年期的转变过程，是各种各样的心理变化中自我创造、自我实现的时期。这个时期每个学生都面临一系列的人生重大课题，但心理发展尚未完全成熟稳定，他们缺乏社会经验、自我调节和自我控制能力。因此面对学习压力、经济压力、情感压力、就业压力等，容易产生心理矛盾的激烈冲突，造成心理发育中的失调和不平衡。

四、排舞对大学生心理健康的影响

（一）调节心情，舒缓压力

健身排舞丰富的音乐、多变的舞步、自由的参与形式使人们在参加排舞锻炼时能最大限度的放松身心，产生出幸福感和自我满足的个人情感，增强人们积极的自我想像力。参与健身排舞练习还能增进人与人之间的思想交流，滋生亲密感，消除对现实生活的不满，有效降低心理压力，轻松愉快地从事锻炼活动，从而忘却学习、工作、生活中的紧张、烦恼和痛苦，在精神上获得一种解放感、自由感和快乐感。

（二）排舞运动可以提高自尊心

在排舞教学中营造创新的氛围就是在排舞教学中培养学生的创新能力，重视学生的主体性。在掌握排舞知识技术的过程中，探索和发现套路动作形成的过程，培养学生对原有动作的运用和重新组合的能力，从而提高学生的创新意识、创编能力和领操带操的实践能力，使学生充满了成就感和自豪感，充分体现自身的价值，建立了自尊心。

（三）增强团队意识，促进社会精神文明建设，构建和谐社会

健身排舞作为一项公众都喜欢的运动项目，不仅拉近了人与人之间的距离，增强了人们的团队意识，而且可以培养自信心，扩大交际范围，是当代人们交流思想、消除隔阂、相互沟通的最好方式之一，对构建和谐社会起到积极的促进作用。一边运动一边享受好听的音乐，身心兼顾，一举数得，无疑是最理想的缓解心理压力的方式之一。通过进行健身排舞的练习，使现代人之间的亲密感增强，增加了人与人之间的情感交流。

第3篇：运动生物力学研究范文

一、运动生物力学的定义：

运动生物力学的定义（国内）是运动生物力学是一门新兴学科，现在比较通用的定义是“运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学”。国外对这门学科的定义也大相径庭究，有些国家把运动生物力学认为是人体内部运动器系运动和外部人体整体运动的力学特性，尽管运动生物力学在国内外还没有形成统一的定义，但是运动生物力学的作用和研究意义已被各个国家所重视。

二、在技术教学中的重要地位

在体育运动中任何一项身体练习都由一定的动作及动作体系构成，而完成每个动作及整套动作都存在着最合理的运动技术。合理的运动技术以运动生物力学理论为依据，并富含运动生物力学原理。而运动生物力学又以其分析科学性，结构合理性为体育技术教学提供理论和方法上的指导，它可以通过对形形体育动作差别原因的分析，探讨出获得良好技术的各种力学条件，从而使学生更完善地认识、学习和掌握合理的运动技术动作。

三、对技术教学的积极影响

在技术教学中，及时而有针对性地向学生传授运动生物力学原理，往往能引起学生对学习和掌握运动技术的兴趣，并使复杂的技术简单化，从而有利于学生及时纠正自己的错误动作，并防止由于错误动作而带来的运动损伤。

（一）提高学习运动技术的兴趣

随着新科技、新技术的不断地推动着体育科学技术的发展，新的运动技术取代旧的运动技术，或高级运动技术取代低级运动技术，已成为当今社会的总体趋势。新的运动技术比旧的运动技术更科学、更合理、更实效，并且更符合人体特点。因此，新技术总能吸引更多的人去研究和学习。在体育技术教学中，如何引起学生对新技术的兴趣是学习的第一动力。比如，我们所说的站立式起跑和蹲踞式起跑，相对以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒适，运动员一般都采用站立式起跑。随着科学的发展，运动生物力学这门学科逐渐进入了人们的视角，从生物力学的角度来剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的区别，蹲踞式起跑更有利于起跑，对于短距离的起跑和起跑后的加速跑这两个阶段从实效性和经济性这两个角度而言作用最大，同时也为短距离途中跑和冲刺跑奠定了一定的能源物质基础，当今在全国乃至世界在短距离运动项目中全部必须采用蹲踞式起跑。如此，学生就会对蹲踞式起跑产生浓厚的兴趣，大有跃跃欲试的欲望，从而在技术教学中就会主动、积极地参与并思考、体会技术细节，进而缩短掌握技术动作的时数，有利于提高技术教学效果。

（二）使复杂的技术问题简单化

相对于以往的体育教学中，当体育教师对某一项较为复杂的技术过程讲解时，学生常会因为技术动作太复杂而影响学习，但如果教师能用适当的力学知识加以分析和运动生物力学的研究方法往往能使学生“顿悟”，从而激发学生的学习积极性。如：足球的香蕉球是一项较复杂的技术动作，且香蕉球形成的力学原因也极为复杂，但根据球在空中的运行轨迹的力学现象，我们只要在踢球过程中，保证击球点的用力通过球心，且不在一条直线上，就为香蕉球的产生创造了条件。因此我们可以运用运动生物力学中常用的研究方法去解决这个问题，利用高速摄影、电视、录像和数据的分析，把学生、运动员的运动技术进行摄影、录像、高速摄影，然后回放给学生，学生可以从动作回放和慢放中知道动作的运动轨迹，和香蕉球击球点的位置。因此，对复杂的技术动作稍加力学分析，和采用先进的设备便可使复杂问题简单化，便于学生理解并提高教学效果。

（三）减少损伤以利掌握合理技术

第4篇：运动生物力学研究范文

什么是生物力学

人们都知道自然科学中有力学和生物学，很多人并不了解还有生物力学。的确，按一般人理解，力学是研究物换星移、山崩地裂、江河奔流、机器轰鸣的非生命现象的；而生物学则是研究生命的起源、变异、遗传、进化等。两者似乎是“风马牛不相及”的。

其实不然。任何生命的发生发展都是和力的作用分不开的。因此，仅仅从生物学本身去研究生物体的结构，就会有许多问题得不到解答。于是，人们开始用力学的原理去探索各种复杂的生命现象。我国三国时代的名医华陀曾经提倡过“五禽戏”的拳法，说明他已觉察到摹仿各种禽类动作的受力方法，可以达到增强人的体质的目的。他的徒弟程普，照此方法练身，活到九十岁，牙齿不落一颗。意大利的伟大科学家伽里略已经发现人的骨头受力之后会变得粗壮起来。德国的生理科学家冯·海曼考察了许多生物尸骨，发现骨面微隆的骨小梁，排列的方向都很有规则。于是他拿了一块大腿骨请力学专家做应力实验。实验结果使冯·海曼大吃一惊：原来这些骨小梁排列的方向和骨骼受的主应力方向竟是完全一致，说明骨小梁隆起有一定走向，是因为受到应力作用的结果。现在，科学家们几乎把人体206块骨头一一研究过了，他们发现：凡是受力大的地方，总是骨骼质密而粗壮；而受力小的地方，总是骨骼质松而细小。此外，科学家们还从力学观点，研究了人体的皮肤、肌肉、血液以及神经系统等，证明了这些组织和液体的变化发展都和它们受力的状况有直接关系。于是这门以力学的观点和方法研究生命现象、或者从生物体中探寻力学规律并在科学和建设中加以应用的新学科——生物力学，受到人们广泛注意。

生物力学的分支和应用

生物力学是研究生命的力学，所以有时也叫做生命力学。它研究范围相当广泛，凡是生物学和力学相联系的部分，都是生物力学研究的内容。它的分支有几十种。而生物力学研究的所有课题几乎都和人类生活息息相关。例如：

研究骨头、血管、肌肉、皮肤等力学特性的叫做生物材料力学。它可以为研究人体的发展变异和制造人工脏器提供重要的资料和数据。

研究人体血液、淋巴、胃液、痰、唾液、关节液等的叫做生物流体力学。这种研究对于诊断人体疾病有很重要的意义。如通过测定血液或唾液中的粘滞阻力，可以断定是否有血液病或消化不良等。

研究人体运动时受力状况的叫做生物运动力学。这种研究可以指导人们正确地进行体育锻炼和体育医疗。例如打太极拳，在行云流水般的缠绕运动中，人体的皮肤、肌肉、骨头、血管、脏器、神经都处在受力变形之中，科学测定表明，这时人体新陈代谢、血液循环加快，因此有活血化瘀之效、益寿延年之功。

第5篇：运动生物力学研究范文

关键词：羽毛球；正手；后场高远球；技术分析

1.前 言

随着竞技运动的发展和全民健身的开展，羽毛球运动日渐风靡。无论是竞技为目的还是以健身为目的的羽毛球运动，都需要参与者积极地移动、跳跃、转体和挥拍等动作，运动各种技战术和步法。

羽毛球中后场高远球技术是羽毛球杀球、劈吊等技术的基础，对运动员击高远球动作进行技术分析，可以将动作进行量化分析，帮助运动员从根本上了解人体击高远球的原理以及如何更好掌握这门技术。

2.研究对象与方法

2.1 研究对象

本文中以沈阳体育学院4名羽毛球运动员为研究对象，其中2名运动员水平为二级运动，另外2名为业余水平，4人均以右手持拍，无伤病史。

2.2 研究方法

2.2.1 实验内容及过程

两台高速摄像机的摆设如图1中A机和B机的位置，A机拍摄运动员侧面的动作，B机拍摄运动员背面的动作，二者实现同步拍摄。每名运动员成功击打三次，在三次击打动作中选择最好的一次击打动作。

2.2.2 录像解析

利用会声会影9.0进行视频剪辑处理。采用美国APAS解析系统对处理后的视频进行解析，解析中以Dempster模型作为标准。

3.研究结果

3.1 引拍阶段技术特征分析

3.1.2持拍臂运动学分析

3.1.2.1右肘关节技术分析

根据图2，陈XX和康XX的肘关节下降时刻早，关节伸展程度大，在20°～40°之间出现一个较长时间的稳定波动期，表明右上肢的肌肉群协调工作能力强。闫XX的肘关节稳定波动期很短，说明引拍阶段不稳。结合表1和表2，由于肌肉群调整期过长，速度参数明显偏低。刘XX击球效果优于闫XX。通过以上分析，陈XX与康XX的右上肢肌肉群的短时间内的协调能力较强，刘XX次之，闫XX较弱。

3.1.2.2 右腕关节技术分析

图3中，运动员腕关节开始都有平缓起伏阶段，结束时腕关节背伸，这样挥拍击球时，腕关节会急剧反弹获得较大的速度。陈XX与康XX的腕关节角度变化的平缓起伏很长，然后急剧下降，而闫XX与刘XX的腕关节角度，则是一个缓慢的下降趋势。根据腕关节变化，闫XX与刘XX没有掌握良好的引拍阶段的技术动作，这也就影响了二人击球的效果，闫XX与刘XX在今后加强动作规范性训练。

3.1.3结束时刻持拍臂速度特征分析

观察表1，运动员在结束时刻各个环节的平均速度从小到大依次是右肩关节、右肘关节、右腕关节、右手和拍头，拍头速度最大，达到了12.7m/s，可见，持拍臂的速度变化符合力学变法原理。但就个人来看，闫XX有所偏差，右肘关节速度为4.6m/s，右腕关节稍小，为4.2m/s，不符合力学鞭打原理，分析其原因可能与图2-3中肘关节在稳定期的突然增大所引起的。4名运动员拍头速度从大到小依次是陈XX、康XX、刘XX和闫XX，陈XX最大为14.4m/s，闫XX最小为11.7m/s，相差比较大。所以认为，陈XX在完成引拍中全身的肌肉能够协调配合用力，技术熟练，康XX次之，刘XX和闫XX一般。

4.结论与建议

4.1 结论

4.1.1 陈XX与康XX的右上肢肌肉群的短时间内的协调能力较强，更有利于击球前的引拍动作的稳定，获得更好的击球效果。

4.1.2 闫XX与刘XX没有掌握好良好的引拍阶段的技术动作，是击球阶段各环节速度有较大差距。掌握好良好的引拍阶段的技术动作对于良好的击球效果至关重要。

4.1.3 四名运动员在击球瞬间持拍手臂的速度从小到大依次是右肩关节、右肘关节、右腕关节和右手，符合力学鞭打原理。

4.2 建议

4.2.1 加强肌肉的协调性训练，使肌肉群能够在短时间能迅速地调整到最佳状态。

4.2.2 加强基本动作的练习，牢固掌握良好的击打后场高远球的技术动作。（作者单位：沈阳体育学院研究生部）

参考文献：

[1]张丽莉.大学生网球运动员发球技术动作的肌电分析[D].东北师范大学，2013.

[2]丁海洋.男子网球运动员发球技术左下肢动作的生物力学分析[D].上海体育学院，2013.

[3]张曦元.网球发球中上肢环节链鞭打动作的生物力学研究[D].南京体育学院，2013.

[4]周萌然.网球上旋发球技术的生物力学分析[D].西南大学，2011.

[5]陈石.网球正手击球动作下肢的生物力学特征分析[D].北京体育大学，2010.

第6篇：运动生物力学研究范文

关键词 垫球 生物力学 方向 力度

中图分类号：G804.95 文献标识码：A

0引言

作为一种传统运动，排球广受人们喜爱。随着比赛规则的不断改进，竞争更为激烈，如时间越来越紧、节奏越来越快，对排球运动员提出了更高的要求。垫球是排球的一个基础动作。但实际中，由于用力不同，在以手臂迎击时，极易出现下网或垫飞的情况，进而影响到己方成绩。为此，有必要对垫球中所运用的生物力学原理加以分析，并合理使用，以提高垫球的成功率。

1垫球基本姿势的生物力学分析

1.1如何垫大力量球

垫球的准备动作包括准备姿势、击球手型、手臂角度等。根据物理学中力学原理可知，当一个物体对另一个物体施力时，施加的力叫作用力；而另一物体在承受作用力时，会向施力物体也施加一定的力，叫做反作用力。在垫球时，排球对手臂施加的力即为作用力，手臂迎击排球时产生的力为反作用力。当对方击打的速度过快、力量太大时，如果只是以力打力、正面迎击，两股力量作用在一起，容易将球垫飞。所以，面对大力量球时，应进行缓冲，卸掉一部分力。为此展开试验，从某班级抽取10人，首先进行大力量球的迎击垫球，每人垫球100次，结果成功垫给二传超过40个球的只有3个同学；垫飞出场的比例较高，下网次之，直接垫入对方场地的最少；然后进行卸力垫球，同样是上面10位同学，每人垫100个球，由于做了卸力处理，垫给二传的成功率大大提升，最高者达到75个，垫飞和下网的几率则大大降低。

试验表明，在迎击大力量球时，若能进行卸力处理，垫球的成功率显然有所提高。分析其中原因，作用力等于反作用力，但经卸力处理后的反作用力等于作用力减去缓冲力。可见，在排球运动中，垫球是有技巧的，抓住内在的力学规律，进行恰当处理，可有效提高垫球技术。训练或比赛中所谓的“球感”，便可理解为是运动员自身下意识的利用力学原理控制球的力量和方向，将球垫到最理想的位置，为进攻奠定良好的基础，即掌握了垫球的生物力学原理。

对其生物力学原理进行分析，作用力与反作用力相等，当球的力量太大时，反弹力一样很大。所以，面对大力量球，尽量不要直接迎击，应含胸收腹，当手臂接触球后，随着球向后撤，同时保持肌肉在放松状态，缓冲来球的巨大力量。手型应做适当调整，用手臂或手腕控制好垫球的方向。如果击球点接近身体且位置偏高，可用前臂垫球；而离身体较远且位置偏低时，需改作屈肘翘腕的姿势，用手腕上部进行垫球。此过程中的“含胸收腹”、“后撤”等都是缓冲、卸力的动作，主要是为了缓解冲力，有效地控制垫球方向和力度，做好防守。

1.2如何垫中等力量球

当来球速度相对较慢、力量稍微减弱时，垫球方法和垫大力量球有一定的区别。准备姿势依旧保持深蹲，其余如手型、击球点等基本相似，但用手臂应及时，要保持放松、速度要慢，借助球自身的反弹力，垫击球的后下部，同时，蹬地、跟腰、提肩压腕、抬臂等动作应一气呵成。从此分析中可知，垫大力量球时的一些卸力动作已没有使用的必要，而是改成了“蹬地”、“跟腰”、“提肩压腕”等击球的动作。这是因为中等力量的球速度相对要缓、力量也小些，作用到手臂上后无需再卸力缓冲，反而在力量较弱时还应施加部分力，才能保证球顺利传出去。此时，垫球的力量等于球的反作用力加上上臂对球施加的力，如蹬地等动作都是势力动作。这样充分证明了垫击球应根据球的力量性质决定。力量稍大，给球的力量则应相对减小；而来球的力量相对较小时，应适当增加对球施加的力。

1.3如何垫击轻球

垫击轻球时，与上述两种情况又有所不同。当来球到达腹前约一臂距离时，运动员应将双臂加紧前身，插入球下，同时配合蹬地、跟腰、提肩、顶肘、压腕、抬臂等全身协调动作迎击来球，身体重心随着击球动作向前上方移动。这些动作也都属于用力的动作，因为轻球的力量较小，若只凭其自身的反弹力，显然很难垫到理想位置，这就要求主动击球，在其反弹力的基础上，施加一定的作用力，将球顺利垫出。

2垫球方向的生物力学分析

排球是综合多种因素的一项运动，且训练或比赛中存在很多不确定因素，所以在对手发来球时，应快速移动过去，并对身边状况有个明确判断，掌握好应对体侧来球的垫球技术。从力学角度来看，当有力作用到某物体上，角度不同，反弹力的方向会有所改变。所以要运用体侧垫球技术，若是左垫球，则以左脚前脚掌内侧蹬地，左脚向左跨一步，同时重心移至左脚，两膝弯曲、双臂伸出，右肩稍微倾斜，左臂略高于右臂。然后转体、收腹，同时提肩抬臂击球。若是右垫球，则与以上动作方向相反。为保证球能够顺利传至理想位置，在提肩抬臂击球时，手臂内侧应对准二传队员，此时，球的反作用会朝其固定方向飞去。在改变方向的同时，当然也要根据球力量的大小，采取相应的动作。

3结束语

垫球是排球运动中的基础动作，必须熟悉掌握，才能做好其它的复杂动作。垫球的力量和方向较为重要，垫球中即蕴含着精妙的生物力学原理，面对不同力量的球，应以不同的姿势和力度去迎击，进而提高垫球的成功率。

参考文献

[1] 葛传志，葛传刚.生物力学原理在排球垫球技术中应用的研究[J].文学与艺术，2011，24（6）.

第7篇：运动生物力学研究范文

摘 要 运动人体力学在人体结构的研究、测试方法和手段、测试数据处理的速度与准确度、研究的深度与广度等方面都具有较大程度的提高。本论文是在羽毛球基础技术的力学特点进行归纳与总结分析，分析的技术动作是扣杀、网前搓球（皆为正手）。

关键词 运动生物力学 羽毛球项目 扣杀 网前搓球

从运动生物力学角度来看，羽毛球运动是通过羽毛球和球拍位置的变化（平动和转动）与运动员机体的活动相结合的一项运动。运动员的击球动作使球拍和球碰撞后，击出的球以一定的动量、动量矩过网至对方场地范围。归纳起来，羽毛球项目中的运动分类可大致包括：运动员的技术运动形成（动作技术）、羽毛球的碰撞运动（羽毛球与球拍碰撞）、羽毛球在空中的运动。此文献是集中在扣杀、网前搓球这两个技术动作给羽毛球的碰撞运动产生的效果。

一、扣杀

这种富有威胁性的进攻手段，从技术上看是一个上肢的鞭打动作，其技术特点主要有以下几个方面。

（一）对大力扣杀击球速度、高度、角度的解析

大力扣杀是教练员、运动员公认的杀伤力强的重要技术。杀伤力的大小取决于击球速度、高度和角度。三者相辅相成，紧密结合好将势必产生大力扣杀的最大效果。其中击球速度是主要的。

（二）羽毛球扣杀上肢技术关键

羽毛球运动员扣杀的目的是使拍头获得最大的打击速度和适宜的拍面位置。由于运动员扣球动作前基本无助跑和跳起，所以球拍速度的获得是身体和持拍臂的协调配合和最大用力的结果。

影响羽毛球运动员扣杀的效果的关键技术主要是手臂的鞭打动作，影响上肢鞭打动作末端环节的关键因素：①躯干向投掷方向扭转的时机；②上臂最大水平外展角；③上臂内旋角速度；④肘关节伸展动作开始时机；⑤出手（击球）时刻肘关节伸展角速度。

二、网前搓球

搓球，就是在网前利用球拍与球的切击摩擦，使羽毛球在球拍上获得极小的纵向（或称与拍面垂直方向）飞行速度，同时获得较大的翻滚和旋转速度，使球的飞行轨迹和飞行状态发生变异，迫使对方击球失误或延误其击球点高度或击球时间，从而直接得分或取得主动优势的一种击球技术之一。

（一）搓球技术及其分类

搓球按其转动方向和飞行状态，一般可分为两种，即翻滚式和偏轴旋转式。翻滚式，即球搓出后，球的滚转动方向几乎是垂直于球的对称轴。这种搓球，主要在对方回击球离网很近贴网而落，而自己上网速度较快，能在离网顶约10厘米处搓击时运用。但由于这种搓球球翻滚时阻力矩大，球保持翻滚状态飞行的时间较短（一般翻滚不到两三周就恢复正常了）。使用这种搓球时击球点一定要高，且离网顶近，才能保证球在短暂的翻滚过程中迅速下坠。若击球点低或离网顶远，则球只能在未过网前的上升阶段，飞向网顶过程中翻滚。真正过了网下落时，球的飞行已恢复正常，对对方也无威胁了。

偏轴旋转式搓球，即搓出球的转轴与球轴交角成30°-60°。这种偏轴旋转式搓球，旋转时球头朝向飘忽不定，转动时的空气阻力矩较翻滚式小，球旋转运动时问也较长，飞行轨迹差距大。当对方回球网前球离网较远或自己上网较慢、击球点略低时，照样有使用价值。

（二）影响偏轴旋转式搓球的力学因素

1．搓球时球拍切击方向与球轴的夹角

偏轴旋转式搓球，球拍切、方向与球轴的夹角是关键。夹角过小，则可能出现羽球过网时转轴与对称轴基本重合，此时固然球的转动阻力矩为最小，但由于球头朝向和飞行轨迹比较稳定，对方容易还击，实战价值不大。但上述夹角如果过大，则会因使球旋转的冲量矩（M•T，M是使球转动的力矩，T是作用的时间）远远小于使球翻滚的冲量矩，使球主要以翻滚运动方式过网，也不能达到预期的技术效果。因此，球拍切击方向与球轴夹角角度的控制是控制搓球的首要因素。

2．球飞行瞬时方向或球头朝向与球拍搓击方向的关系

众所周知，球速过快是很难运用搓球技术的。搓球不仅有球拍切击方向与球轴夹角的控制间题，还有球与球拍撞击速度和反弹力的控制间题。球速过快，球在拍面上停留时间短，球撞击速度不易控制，球易跳得高，这就失去了网前球的基本特点和作用。就要解决一个如何适当“减速”以利控制的问题。

这里的所谓“减速”，是指减少球与球拍撞击速度或称缓冲作用。当球拍搓击方向与球飞行瞬时方向的夹角大大超过90°并趋近180°时，球与球拍相对运动速度是相加，所以速度必然高，当球拍搓击方向与球飞行瞬时方向之夹角只有90°或更小时，球与球拍相对运动速度是相减，搓球易成功。成功的缓冲是控制搓球的第二个要素。

为了做到这点，当球过网后的横向速度（与球网平行方向）是由左向右飞来时（即通常对方将球从自己右场区击向我右场网前时），球拍也就应由左向右搓去，球较易控制。虽然这种球多数出现在我们正手区，由左向右搓击手法有点别扭，只要多练，是可以掌握的。反之，球由右向左飞过来时，球就容易控制了。搓击动作要注意用手指及时调整拍面角度，效果会更好些。

三、总结

根据羽毛球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势以及羽毛球运动发展的实际需求，运用多种运动生物力学的理论力学和实验研究相结合的方法，对羽毛球运动中的多个领域进行分析和研究，例如上肢技术动作分类后的细节力学分析或者场地步法的力学研究。这会将是运动生物力学在羽毛球运动项目中的研究发展趋势。

参考文献：

[1] 刘延柱,洪嘉振等.多刚体系统动力学[M].北京:高等教育出版社.1989.

第8篇：运动生物力学研究范文

关键词：有限元 医学 仿真实验

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

有限元分析是一种广泛应用于工程科学技术的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。

随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到越来越广泛的重视，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机大多数设计制造已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、生物医学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。

1 医学有限元国内外研究现状分析

有限元方法最早应用于骨科研究，开始于脊柱生物力学[1]。几十年来其在解决生物力学问题上得到了广泛应用，尤其近年来，随着数字及计算机技术的不断进步，有限元法本身已不再是相对独立地研究生物力学性质，它越来越多地与各种动力学模型、参数优化选择、临床放射学与实物测量、有机化学、组织学与免疫组化等方法巧妙结合，使结果更加准确可靠，成为生物力学研究中的一种重要工具。有限元方法在医学上的研究主要包括以下四个方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影响有限元仿真实验结果的精度、计算机计算过程、计算时间的长短，且模型建立的优劣与建模人员的专业素质和有限元知识分不开。现有研究的模型包括：人眼[2]、牙齿及矫正器[3]、脊柱[4]、颅脑骨骼[5]、胃[6]等人体骨骼及器官的三维有限元模型。

1.2 力学实验仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello对所建立的人眼角膜模型进行了力学分析[7]。Tammy L HD等对建立的胫股关节三维有限元模型分析了骨骼变形对关节面接触行为的影响以及约束关节运动对接触应力的影响等[8]。

脊柱生物力学仿真是有限元法在生物力学中研究最早、分析最多、临床上应用最广泛的领域。杜东鹏等则对腰椎间盘膨隆的力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨[9]。

头颅及颞下关节也是有限元在生物力学中研究的重点。吕长生等对建立的足部骨组织模型进行有限元分析，为运动损伤或运动鞋的评价等提供了依据[10]。王芳等建立并验证中国人全颈椎有限元模型，用于挥鞭样损伤分析[11]。米那瓦尔・阿不都热依木采用有限元方法，对颌面外科手术术后的颜面软组织形态变化进行预测[12]。

1.3 医疗器械的力学性能评价及优化设计

牙科是有限元法在临床应用中的一大领域，相应的各种牙科固定器材得以研制开发，这些器材的力学性能又是研制过程中重点解决的问题。蔡玉惠等研究了RPA卡环在游离端义齿应用中支持组织的应力分布状况，对RPA卡环的临床应用具有力学上的指导作用[9]。

在内固定钢板方面，张美超等从临床应用出发，利用有限元法对颈前路蝶型钢板进行生物力学模拟分析，得到了与其一致的易断裂部位预测[9]。

在人工关节方面，Heegaard JH等建立了髌骨的计算模型，并且模拟了在人工膝关节中去掉股骨假体对髌骨活动的影响[13]。王永书等对患者胸腰椎爆裂性骨折节段（T12～L2）部位利用有限元进行手术模拟，均与标本模型及术后CT扫描基本相符[14]。

1.4 血流动力学CFD应用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent软件进行了血管壁中组织液流动的数值研究[15]。乔爱科等利用有限元分析方法得出冠状动脉搭桥术中对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学，可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素，从而减少手术再狭窄的发生[16]。杨金有应用CFD计算流体力学软件进行人体主动脉内血流数值模拟分析，为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据[17]。姚伟用计算流体力学软件Fluent计算人体小腿骨间膜组织间隙中蛋白质非均匀分布情况下组织液流动[18]。

2 医学有限元仿真实验方法

通过上述医学有限元研究可得医学仿真实验的方法主要分为四步：（1）通过螺旋CT技术，采集大量的样本图像。运用现有医用物理实验室计算机对样本图像进行建模处理，并进行相关的有限元分析。（2）通过查阅相关国内外资料，针对所需建立模型的生理、物理等参数特性，在几种常用图像处理软件（Mimcs，Proe等）中选取较为合理准确的有限元建模软件。（3）在常用有限元分析软件（ANSYS，Fluent等）中选取较为合理准确的软件对模型进行有限元分析。（4）将有限元分析结果与实际测量数据进行对比，分析有限元模型的准确性。

3 有限元法在医学研究中的优势

有限元法在医学研究中具有四个方面的突出优势：（1）可根据需要产生各种各样的标本，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转等各种力学实验，可以在不同实验条件下模拟任意部位变形、应力/应变分布、内部能量变化、极限破坏分析等情况。（2）标本也可以进行修正以模拟任何病理状态。同一个标本在虚拟计算中可进行无数次加载或组合而不会被损坏。（3）其结果不受实验条件的影响，也排除了实验条件造成的误差，而且可以重复计算，节约成本。（4）利用有限元法进行的模拟实验具有实验时间短、费用少、可模拟复杂条件、力学性能测试全面及可重复性好等优点。

4 医学院校开展医学有限元仿真实验的意义

在医学院校开展医学有限元仿真实验，可以使学生将相关医学、物理、生物等课程的知识综合应用于仿真实验中，给生物医学工程专业学生的毕业设计提供更为广阔的范围，使研究具有更高的水平；激发学生的创新思维和热情，使学生在自主科研创新的基础上，设计相关仿真实验加以验证、研究。同时，开展仿真实验要求教师不仅需要对本专业知识做到“了如指掌”，而且需要教师具有仿真实验相关的医学、物理学、生物学等非本专业学科的专业知识，还要求教师必须掌握螺旋CT扫描技术，Mimics，ANSYS等建模、仿真软件的计算机应用技术。这些知识对于教师实验教学、科研水平的提高具有十分重要而深远的意义。在开展医学仿真实验的基础上，建设医学仿真实验室，不仅可以为学生提供毕业实习条件，加强实习基地建设，而且与医院相关科室进行合作，可以在生物力学基础上预测手术中、长期效果，对医生手术具有较为科学的指导，加强了学校与医院的合作。

5 结束语

建立医学有限元实验有两个关键的问题：（1）医用有限元模型快速准确的建立。模型的快速准确建立可以减少仿真实验所需时间、降低费用、增加仿真的准确性和可信性。（2）建立通用的有限元模型库，为进一步的实验教学和科研打下坚实的基础。因此需要在具体实验实践中逐步探索和积累。

将工程有限元分析同医学结合开设实验课，属于多学科之间的交叉领域，不仅可以提高学生对所学专业知识的综合运用能力，增强学生就业与学习深造的竞争力，而且可以加强多学科教师的教学和科研合作，提高教师的教学科研水平。同时提高相关实验室的利用率，为学生自主开展创新实验提供平台，加强学校和附属医院的教学科研合作，为医学院校提供更为广阔的教学和科学研究领域。

参考文献

[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] 杨浩.人眼球物理建模及结合青光眼的生物力学分析初探[D].厦门：厦门大学，2006.

[3] 傅晓峰.上颌牙列及MBT直丝弓矫治器三维有限元模型的建立[J].口腔医学，2006，26（5）：354-355.

[4] 刘耀升.腰椎L4～L5活动节段有限元模型的建立与验证[J].第二军医大学学报，2006，27（6）：665-669.

[5] 何叶松.利用快速成型技术制造仿真人颅脑骨骼模型[J].中国医科大学学报，2008，37（6）：828-830.

[6] 李悦溪.人体胃部三维有限元模型的建立[D].浙江：浙江大学，2007.

[7] A.Pandolfi，F.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] 张美超.国内生物力学中有限元的应用研究进展[J].解剖科学进展，2003，9（1）：53-56.

[10] 吕长生.计算机辅助活体足建模生物力学方法研究[J].光学技术，2008（34）：236-237.

[11] 王芳.挥鞭样仿真全颈椎有限元模型的建立和验证[J].生物医学工程与临床，2008，12（1）：13-16.

[12] 米那瓦尔・阿不都热依木.计算机辅助颌面外科手术患者的面部软组织有限元模型研究[D].新疆：新疆医科大学，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] 王永书.严重胸腰椎三柱损伤后路270°减压内固定术的数字三维可视化手术模型研究[J].浙江创伤外科，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] 乔爱科.单路和双路CABG中血流动力学的比较[J].生物医学工程学杂志，2006，23（2）：295-299.

第9篇：运动生物力学研究范文

种植义齿是口腔科领域中发展最快，最令人兴奋的一个分支，已成为与高速涡轮牙机、全景X线机、高分子粘固材料并列的20世纪牙科发展的四项重大突破之一。一个成功的人工种植体应该和骨组织直接结合，形成良好的生物力学相容性，将咀嚼压力均匀分布到周围骨组织，应力过大或过小，都无益于种植牙周骨组织的重建，都将导致种植牙的失败。据此，本文特将人工种植牙的生物力学研究进展作一概述。

1　应力分布研究方法的发展

在20世纪70年代以前，生物力学研究和应力分布的检测多采用电测法和光弹法，电测法和光弹法属于实验应力分析法。电测法是实验应力分析方法中最基本的方法之一，它的灵敏度与精确度较高，可用于现场测定，用于各种复杂环境下测量多种力学参数，但电测法只能逐点测量物件表面的应变，且仅能获得应变片所在位置的应变平均值，不能直观得出构件应力分布的全貌，在环境条件恶劣时误差较大。光弹应力分析法具有直观性和全场性的优点，可用以分析各种形状的复杂构件和表面应力，也是口腔生物力学常采用的研究方法，但光弹法不能把材料力学和弹性理论联系起来，如不能计算出模型内任意处的应力值和位移值。自从1973年Theresher和Farah几乎同时将有限元法（finite element method，FEM）应用于口腔医学领域，FEM已成为一种有效的数学工具，在口腔生物力学研究中得到广泛应用。FEM具有以下优点：可以准确地表达复杂的几何形状；可以在同一模型上对不同性质的材料进行力学分析；可以进行复杂载荷条件下的应力分析；模型的转换较为简便；对应力的内部状态及其它力学性能定量测定的代表性好，同时FEM在应用中自身也不断得到完善，其中从二维到三维是FEM发展的一个飞跃。1976年Weinstein等应用二维FEM分析了多孔圆柱种植体界面的应力分布，将FEM引入了口腔种植领域，从此，有关种植义齿生物力学的研究进入了一个新的阶段。Meijer等［1］将二维有限元法和三维有限元法进行了比较，认为后者的模型相似性好，可客观反映被分析受力结构的信息，但是有限元法的单元在大小、形状、数目、载荷情况、假设条件与真实情况差异及边界条件等均影响结果。因此，为使结果更加真实可信，有限元法的研究手段不断完善，目前已从静态研究发展到动态研究，并有向非线性发展的趋势。

2　种植体材料对应力分布的影响

人工牙种植体的研究和应用已有30多年的历史，但迄今为止，只有少数几种材料的种植体为人们所接受，其中应用历史最长、也最广泛的是钛质种植体，金属钛具有良好的生物相容性，与骨组织形成紧密、牢固的结合，而且其弹性模量与骨很接近，与骨结合所形成的界面是动态的，在适当负荷的刺激下，种植体与骨的接触程度在一年后会从53％增加到74％［2］，所以说钛是一种理想的种植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法对种植体材料进行了研究得出结论，种植体材料的弹性模量至少为110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三维有限元法研究了Screwvent骨内种植体及支持组织应力分布情况，这种商业纯钛种植体最大应力区是在种植体的颈部，这些应力比商业纯钛的疲劳极限（259，90MPa）低18倍，骨内最大压力值（19．57MPa）是在颈部的舌侧区，而且Screwvent种植体近远中应力（最大为0．38MPa）比种植体颊、舌侧低得多。这一点和以前放射照片研究的骨吸收发生在种植体的近远中不同。为了更快的形成骨整合，人们还从种植体的表面涂层入手。尤其是羟基磷灰石喷涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但还是有很大争议，生物活性材料的涂层，可以改善与骨的结合方式，从生化角度上看，对种植牙长期成功是有益的，但从生物力学角度是否有明显的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）进行了研究认为：骨结合界面与骨适应界面比较，从生物力学上看种植牙周围骨内的应力分布比较并没有明显的改善，这还有待于进一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韧高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯对二苯酸盐（酯）聚合物（polyethyleneoxide polybutylenete rephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿龈种植体进行动物（狗）实验研究，从组织学上和临床方面作一比较，PL设有三种（一种密集型，两种多孔型）6个月加载，PL和HA种植体周围骨组织在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可见重建，18周后恢复到原来的水平，结果PL比HA引起密度上较少的降低。这个结果显示：柔韧种植材料更有利于应力向周围骨组织传导。临床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、钛、和其他材料相比较，结果：PEO：PBT是一种柔韧材料，能降低穿龈种植体颈部应力峰值，致密型PL功能合适，运动性能与天然牙相近似，表现出最好的临床功能，也能减少种植体周围应力峰值。从组织学观察得出结论：柔韧的骨结合，种植体更能较好地把应力传导到周围骨组织，因此它可能是硬性种植体有前途的替代物。

3　种植体形态结构对应力分布的影响

成功的种植体不仅取决于种植体材料的生物学性质及手术技术，种植体的表面形态也十分重要。近年来，国外学者围绕着种植体以什么样的形态结构才具有最佳的生物力学相容性，作了大量的研究。关于口腔种植体宏观形态基本上认为以单个旋转对称为最佳，所以新近出现的或改良的种植体系列极少看到过去传统的锚状或翼状形态。对种植体表面微观形态，自70年代以来也是人们研究的热门，在这个问题上虽然还有不同看法，但有一点是比较一致的，即粗糙的种植体表面更利于新骨生长，形成更广泛骨种植体结合区。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨内种植体形状与应力分布的关系得出结论，圆柱形种植体比圆锥形种植体更可取，因为它降低了应力在骨皮质上的峰值。Rieger（1990）等［8］应用二维有限元法，对6种种植牙（Branemark，CoreVent，Denar，Miter，Stryker和一种实验用种植牙—RBT411）进行定量分析，结果表明：所有6种种植牙都有根尖冲击应力的存在，Denar种植牙应力最大，Denar、Miter和Stryker种植牙可出现牙槽嵴部病理性骨吸收，Miter和实验用RBT411种植牙应力分布最好。Hurson（1994）［9］对3．25mm和3．8mm螺纹种植体进行了工程力学分析，阐述了螺纹设计原则，材料的强度，力学疲劳分析，提出了螺纹设计的标准。Binon（1996）［10］评价了六角形种植体（hexagonal implants）力学性质，与基台相连的抗扭强度及适合的装置，建议生产商应该提高种植体的耐受性、精确性、逼真性和坚固性。Arpinar（1996）等［11］用有限元法对两种硬性种植体设计进行研究，结果为：中空螺旋种植体（ITI1）在顶点区域产生高和应力集中，而实心螺旋种植体（ITI2）应力的分散转移要比中空好得多。1996年黄辉等［12］对螺纹顶角角度对柱状螺旋根管内种植体应力分布进行了研究，结果表明：螺纹顶角角度的改变，可以导致种植体在支持组织的应力分布水平的变化，螺纹顶角为60度的种植体应力分布较合理，为种植体设计、应用提供理论依据。

4 种植体的长度和直径对应力分布的影响

对于种植体长度和直径与种植体周围骨面应力反应的关系，目前国外研究报告的观点不一致。Mailath（1989）等［3］用有限元法对不同直径的种植体进行生物力学研究，结果发现大直径种植体产生有利的应力分布效果。Block（1990）［13］通过动物试验证明，种植体从骨中拉出力与其长度关系极大，而与其直径关系不大。Lum（1991）［14］发现骨界面应力主要集中于种植体颈部的牙槽嵴顶而非整个种植体周围，并据此推论使用短种植体可能对骨界面应力集中值影响不大。Lum（1992）［15］用工程统计学方法，分析了轴向力和水平力作用下种植体力的传导，结果发现，在轴向力作用下，仅仅长度为10mm，直径为4mm的种植体，能传导平均最大咬合力，支持骨受到张力在正常生理限度内。在水平力作用下长度大于12mm时，再增加长度对力的传导无显著差异。Meijer（1992）等［16］使用短种植体对其周围的应力无太大影响。邹敬才（1996）等[17］应用二维有限方法，对3mm，4mm，5mm三种不同直径的螺旋型种植体进行对比分析，结果表明：螺旋型种植体直径增加，对骨界面的总体应力分布规律影响不大，但随着直径的增加，对骨界面应力降低，种植体与骨界面的相对位移运动也相应减小，有利于骨界面的应力分布。提示临床尽可能选择直径稍粗的一些种植体。Tuncelli（1997）［18］等应用有限元法，比较了ITI中空圆柱两段式种植体不同直径（3．5mm，4．5mm，6mm）应力分布。结果发现：相对较大的直径种植体更有利于下颌后部区域（应力分布好）。张少锋（1997）等［19］用有限元法研究了种植体长度和直径对种植全口义齿应力的影响，得出结论：种植体周围骨界面应力的大小与种植体长度密切相关，呈负相关关系。种植体直径在临床常用范围内变化时，仅引起自身应力集中值的改变，而对种植全口义齿的其它结构和组织应力状况影响不大。

5 种植体上部结构的连接装置对应力分布的影响

人们为了去模仿天然牙牙周膜的缓冲作用，一些学者用一些具有粘弹性的材料如聚甲醛制成内动部件，连接种植体和附着体。McClumphy（1989）在种植牙上用聚甲醛材料设计了一个具有弹性的内连接体，并用钛制作一相同的内连接体作对照，用光弹应力分析法对两者进行了应力分布的对比研究，结果：在骨界面上应力分布两者没有显著差异。van rossen（1990）等［20］通过二维有限元法，对不同弹性连接体弹性模量和不同外形的内连接体在单个种植体上进行分析，结果：内弹性连接体弹性模量的改变对周围骨应力分布没有影响。Chapman（1990）等［21］设计一种内部减震器（shockabsor＿ber），把种植体与义齿相连接，用钛制作对比，结果：两者有显著性差别，可减少咬合力。elChkawi hG（1990）在种植体上部结构下面使用一层弹性材料，种植体不动，而上部结构可动，结果发现这种改进使应力和位移分布和天然牙相类似。Kraut（1993）等［23］设计了一种弹性内动连接系统，结果表明这套系统能吸收应力，减少达到种植体和周围骨的应力值。