Глава 3. Опирание объектов

Для понимания основ механики разрушения необходимо четко представлять условия опирания объекта, который подвергается нагрузке.

Выделяют следующие условия опирания: консоль, концевое шарнирное опирание, опирание на упругой подложке и опирание на упругоподатливой подложке (основание Винклера). На практике достаточно сложно представить абсолютно идеальные условия опирания, предлагаемые теоретической механикой. Поэтому применительно к медицинской травматологии приемлемы определенные допущения в схемах условий опирания биологических объектов.

1. Консоль - это балка, один конец которой закреплен в какой-то жесткой основе, например в стене или земле. Инженеры называют условия на этом конце просто "заделкой". Свободный вылет консоли подвергается нагружению. Опоры электропередач и телеграфные столбы, корабельные мачты и лопатки турбин, рога, зубы, шеи животных, деревья, башни и одуванчики - все это консоли, так же как крылья птиц, самолетов и бабочек, хвосты мышей и павлинов (Гордон Дж., 1980). Если у консоли заделаны оба конца, то объект не имеет степеней свободы. На схеме консоль обозначается, как показано на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Консольное закрепление нижнего конца стержня (а); консольное закрепление левого конца пластины (б); двустороннее консольное крепление стержня (в)

В качестве примеров такого условия опирания применительно к травматизации человека можно рассмотреть следующие случаи.

1. Пластина с заделкой (консольным закреплением) одного конца. Такой вариант наблюдается при повторных ударах по костям свода черепа, т.е. когда кости черепа имеют не менее одного перелома (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема опирания плоской кости как консоли (с одного конца), второй конец свободен

Конец пластины (плоской кости), закрепленный как консоль, действительно имеет прочную фиксацию - кость либо формирует основание черепа, либо прочно фиксируется к костям, формирующим основание черепа. В данном случае нами рассматривается локальное разрушение, и исследовать череп как конструкцию нецелесообразно. Вне всякого сомнения, череп даже на локальное воздействие реагирует всей своей конструкцией, однако нагрузки вне зоны локального разрушения носят докритический характер. Иными словами, распределяемая нагрузка на всей конструкции компенсируется упругими свойствами материала кости. Докритические нагрузки на поперечном срезе черепа (на уровне брегматической части стреловидного шва) представлены на рис. 3.3. Моделирование распределения нагрузок получено методом конечных элементов.

Рис. 3.3. Распределение докритических нагрузок на поперечном срезе черепа: оттенки красного цвета показывают распределение деформации растяжения, оттенки синего - сжатия; стрелкой помечен острый индентор, внедряющийся в кость. Увеличение интенсивности цвета указывает на увеличение интенсивности нагрузки