ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ У КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА И ЛОСЕЙ ПРИ ИСПЫТАНИИ НА ИЗГИБ ПЯСТНОЙ КОСТИ

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Пименов М.Ю. Костная ткань обладает целым рядом уникальных физических свойств. Наиболее ценными с производственной точки зрения, представляются только некоторые из них: жесткость, твердость, упругость, эластичность. Наш научный интерес проявился на два основных свойства: жесткость и эластичность. Статья в формате PDF 388 KB

Методика и методика исследования

В представленной работе были проведены исследования пястных трубчатых костей крупного рогатого скота и лосей, методом испытания на изгиб, с помощью прессовальной машины (ПМ-3).

Материалом при проведении исследования служили: прессовальная машина (ПМ-3), а также диафизы пястных костей взрослых животных (18 месяцев) крупного рогатого скота (n = 6) и лосей (n = 6), длиной 10 см. у данных образцов предварительно производилось измерение внешнего (продольного и поперечного) и внутреннего (продольного и поперечного) диаметров, радиуса толщины компактного слоя (рис. 1). Всего было происследовано 24 диафиза пястной кости, из них 12 диафизов крупного рогатого скота и 12 диафизов лосей.

 

Рис. 1. Схема проведения метрики диафизов пястных костей

Методика исследования основана на определении максимальных физических пределов биоматериала двух видов животных в сравнительном аспекте.

Метод испытания на изгиб

При испытании на изгиб образец (диафиз пястной кости) укладывали концами на две опоры, а в середине производили нагружение (использовался цельный металлический цилиндр, диаметром 3 см). О сопротивлении биоматериала судили по величине прогиба исследуемого образца (рис. 2) [1; 2; 3].

При испытании образцов пястной кости на изгиб в одной зоне происходит сжатие продольных волокон коллагена, в другой зоне растяжение. Нагрузку при проведении исследования увеличивали постепенно медленным поворачиванием винта на прессовальной машине. Общее время затраченное от начала воздействия нагрузки, до ее окончания составило в среднем для диафизов крупного рогатого скота 12-15 секунд, а для диафизов лосей 20-26 секунд. Полученные цифровые данные по окончании всего комплекса измерений, а также завершения испытания на сжатие были внесены в соответствующие геометрические формулы для осуществления всей последовательности расчетов, необходимых при анализе свойств: твердости и эластичности [3; 4; 5]:

Между зонами сжатия и растяжения расположен нейтральный слой, волокна которого не подвергались деформации, то есть их длина не изменялась. Из рис. 2 видно, что чем больше волокна расположены от нейтрального слоя, тем большую деформацию они испытывали. Из этого следует, что при изгибе в поперечных сечениях диафиза пястной кости под действием внутренних сил возникли нормальные напряжения сжатия и растяжения, величина которых зависела от положения рассматриваемых точек в сечении. Наибольшие напряжения возникали в двух зонах: сжатия и растяжения. В зоне расположенной на нейтральной оси, напряжения были равны нулю.

 

Рис. 2. Схема проведения испытания образцов на изгиб

Результаты исследования

Результаты исследования пястной трубчатой кости на изгиб у крупного рогатого скота и лосей в возрасте 18 месяцев (М ± m)

Номер исследования	Параметры исследования		Вид животного
			Крупный рогатый скот (n = 6)		Лоси (n = 6)
1	Общие: диаметр, см:
2	Наружный	Внутренний	продольный	поперечный	продольный	поперечный
3	продольный	продольный	3,5 ± 1,15*	2,1 ± 0,83*	2,7 ± 0,85*	1,6 ± 0,53*
4	поперечнеый	поперечнеый	4,5 ± 1,34*	2,4 ± 1,07*	3,0 ± 1,06*	1,7 ± 0,65*
5	Толщина компакты, см		7,6 ± 1,12*		1,1 ± 0,95*
6	Кольцевое сечение, см		0,77 ± 0,177 **	0,875 ± 0,114**	0,62 ± 0,086**	0,56 ± 0,072**
7	Момент инерции, см⁴		0,71±0,085**	13,32 ± 0,547**	2,28 ± 0,110**	3,64 ± 0,131**
8	Момент сопротивления, см³		0,85 ± 0,034**	6,0 ± 0,421**	1,7 ± 0,092**	2,43 ± 0,124**
9	Поперечное сечение круга, см		1,2 ± 0,032**	2,26 ± 0,047**	1,35 ± 0,021**	1,50 ± 0,024**
10	Площадь поперечного сечения, см²		3,46 ± 0,056**	9,61 ± 0,117**	2,0 ± 0,020**	2,26 ± 0,022**
11	Нормальная напряженность, кПа		19,09 ± 0,179**		80,0 ± 0,338**
12	Максимальная напряженность в сечении, кПа		1,7 ± 0,012**	0,24 ± 0,015**	1,7 ± 0,008**	1,2 ± 0,006**
13	Изгибающий момент, Н·м		1450 ± 215		28750 ± 324

Примечание: * - при Р ≤ 0,05; ** - при Р ≤ 0,001

Выводы

1. Время воздействия нагрузки на диафиз пястной кости при проведении испытания на изгиб у крупного рогатого скота в 1,6-1,7 раза ниже, чем у лосей, это свидетельствует о более плотном компактном слое.

2. Угол скола пястной кости при испытании на изгиб у крупного рогатого скота составляет 30, у лосей - 55.

3. Показатели нормальной напряженности, изгибающего момента, у лосей от 4, до 20 раз превышают таковые показатели у крупного рогатого скота, что служит фактическим подтверждением высшей степени преобладания свойства твердости, компактной части костной ткани, у лосей, над свойством эластичности, в соотношении 8:1, у крупного рогатого скота также твердость костной ткани превышает эластичность, но только в соотношении 2:1.

Список литературы

1. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1986. - С. 560.
2. Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 1998. - С. 367.
3. Ицкович Г.М., Минин Л.С., Винокуров А.И. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов: учеб. пособие для вузов / под ред. Л.С. Минина. - М.: Высшая школа, 1999. - С. 592.
4. Писаренко Г.С. и др. Сопротивление материалов. - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1979. - С. 696.
5. Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов. - М.: Мир, 1976. - С. 669.

---