ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование механических свойств биологических тканей и имплантатов из "Моделирование в биомеханике" Все структуры человеческого организма и имплантаты имеют конструктивное оформление, необходимое для выполнения функционального предназначения и защиты от внешних воздействий. [c.25] В результате внешнего воздействия изменяется форма и размеры биологического объекта и его элементов — происходит деформация. Различают деформации растяжения (сжатия), изгиба, кручения, сдвига. Биологический объект может подвергаться одному или нескольким видам деформации одновременно. [c.25] Главный компонент биологических тканей — вода. Так как вода несжимаема, биологические ткани при деформации сохраняют постоянство объема. Нарушаются эти условия тогда, когда орган содержит газовые включения (легкие), или когда при деформации из тканей выступает вода. [c.25] Изменение объема твердых имплантатов учитывают только при объемном сжатии, В остальных случаях предполагают постоянство объема. Например, удлинение элемента конструкции при растяжении приводит к уменьшению его поперечного сечения. [c.25] Если действуюпще на твердое тело усилия достаточно велики, то, пройдя некоторую стадию деформирования, тело теряет свою целостность — распадается на отдельные части — разрушается. Разрушение может длиться от долей секунды до многих лет в случае длительного разрушения . Свойство твердого тела оказьшать сопротивление разрушению называют прочностью. [c.26] Жесткость —- способность тела сопротивляться образованию деформаций. Устойчивость — его способность противостоять воздействиям, стремящимся вьшести его из исходного состояния равновесия. [c.26] Все твердые тела в той или иной мере обладают свойствами прочности и жесткости, т. е. способны в определенных пределах воспринимать воздействие внутренних сил, не разрушаясь и не меняя существенным образом свои геометрические размеры. [c.27] Для исследования механических свойств материалов разработано много различных видов испытаний. Основными и наиболее распространенными испытаниями, при которых удается получить наиболее важные механические характеристики материала, являются испытания на растяжение и сжатие. [c.27] Испытание на растяжение образцов биологических объектов производят на установках, показанных на рис, 2.1—2,4, а образцов имплантатов на разрывных машинах (рис. 2,5, 2.6). [c.27] Из биологического объекта специальным штампом вырезают серийные образцы (рис, 2,7—2,9), Например, при исследовании механических свойств материала роговицы и склеры (рис, 2.7) образец 3 вырезают строго в радиальном направлении относительно продольной оси глаза, образцы 1, 2 и 4, 5 —в окружном направлении. Направление вырезания образцов d и 7 — меридиональное и окружное соответственно. Кроме того, вырезают еще один образец таким образом, чтобы в его рабочей части находился лимб. [c.27] Механические испытания пищевода ш vitro проводили на образцах с размерами 6 х 20 х Л мм (h — толщина стенки). Образцы изготавливали при помощи специального штампа согласно разработанной системе их ориентации в стенке пищевода (рис, 2,9) ось xi направляли вдоль продольной оси пищевода, ось Xi — проводили по касательной, а ось Хз — по толщине стенки, В продольном направлении орган разделили на три анатомических отдела (/—шейный, Я—грудной, ///—брюшной). Поперечное сечение пищевода разделили на четыре зоны / — переднюю, 2 — правую боковую, 3 — заднюю, 4 — левую боковую. [c.27] Диаграммы растяжения образцов приведены на рис. 2.11. [c.27] На начальной стадии нагружения образца из пластичного материала (до точки А, рис, 2.12) справедлив закон Гука, зависимость между нагрузкой Р и удлинением А/ линейная. Образец испытывает упругую деформацию. Максимальная нагрузка на этом участке Рпц. [c.27] Далее зависимость между Р VI становится нелинейной. Рост деформации происходит без заметного роста нагрузки (явление получило название текучести). На диаграмме это соответствует горизонтальному участку от точки В (площадке текучести). Нагрузка при этом равна Ру. Следует отметить, что у большинства пластичных материалов площадка текучести на диаграмме отсутствует (рис. 2.11, а). Условно считают, что нагрузка равняется если деформации составляют 0,2% от длины рабочей части образца. [c.29] По достижении максимальной нагрузки деформация локализуется в одном месте образца (ослабленном сечении). Образуется местное сужение поперечного сечения — шейка. Сопротивление образца нагрузкам резко падает и кривая на диаграмме идет вниз, В точке D происходит разрушение образца, и нагрузка в момент разрыва равна Р . [c.32] Площадь диаграммы растяжения пропорциональна работе, затраченной на разрушение образца. [c.32] СУ—Е (су = P/Fq, е = A//0, Fq — первоначальная площадь поперечного сечения образца. [c.32] Относительное удлинение произвольной точки С представляет сумму упругой у и пластической Бпл деформации. После разгрузки образца упругая деформация Еу исчезает, а пластическая е л остается. [c.33] Если нагрузить образец за пределом упругих деформаций, разгрузить и вновь нагрузить, то линия вторичного нагружения будет совпадать с линией разгружения (линия ВС на рис. 2.13, а). При вторичном нагружении в том же направлении, что и первоначальное, упругий участок характеристики возрастает. [c.34] Если же предварительное нагружение за пределом упругих деформаций противоположно по знаку предыдущему нагружению, то оно снижает предел текучести материала. Например, растяжение образца за пределом упругих деформаций вызывает снижение предела текучести материала при сжатии от величины до (рис. 2.14). [c.34] Вернуться к основной статье