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
- Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1986. - С. 560.
- Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 1998. - С. 367.
- 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.
- Писаренко Г.С. и др. Сопротивление материалов. - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1979. - С. 696.
- Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов. - М.: Мир, 1976. - С. 669.