Николаев Г.А., Лощилов В.И. - Ультразвуковая технология в хирургии, страница 7

Градиент напряжений в поверхностных слоях значителен; напряжения из сжимающих быстро переходят в растягивающие, ио меньшей величины 120 — 102 кгс/см2. Собственные напряжения вдоль оси были неодинаковы по длине кости. Наибольшие напряжения имели место в крайних зонах„наименьшие — в средней. На рис.

8, а, б представлены эпюры собственных напряжений, направленных вдоль образующей кости о, (см. рис. 8, а) и перпендикулярно образующей — по касательной к окружности щ (см. рис. 8, б). Характер эпюр собственных напряжений продольных и по касательным остался без существенных изменений. Собственные напряжения по касательной на поверхности кости имеют также знак минус, во внутренней части — знак плюс. Эксперименты по определению собственных напряжений ~производились также на сухих костях. В основном результат испытаний был аналогичен ~рассмотренному случаю.

Отличием были большая величина продольных сжимающих напряжений на поверхности, меньшая ~величина,растягивающих при большей их протяженности. Распределение собственных напряжений,в большеберцовых костях действительно напоминает переяапряженное состояние Останкинской телебашни. Как могли возникнуть собственные на~пряжения .в большеберцовых костях? По-видимому„это связано с процессом образования кости, ее,ростом, точнее говоря„неравномерностью роста ее отдельных частей, приводящей к образованию внутренних реакций, а также связано с функцией„присущей данной кости.

Образование собственных сжимающих напряжений на поверхности по направлению образующей могло быть следствием более, интенсивного роста наружных слоев образующей о'пиосительно роста внутренних слоев. Образование собственных сжимающих напряжений,на поверхности по направлению касательной могло быть также следствием более быстрого я значительного роста наружных слоев по направлению касательной по сравнению с ростом внутренних. Конечно, высказанное предположение является гипотезой, требующей специальной опытной гистологической проверки. Можно полагать, что подобное поле собственных напряжений в берцовых костях, испытывающих не только статические силы упора, но динамические удары, направленные вдоль и поперек оси, полезно живому организму.

Наличие сжимающих напряжений ~на поверхности костгя уменьшает эффект локалыгых,растягивающих напряжений, могущих возникнуть при некоторых ~поперечных ударах и других видах ~случайных напряжений. Распределение собственных напряжений о, и а1 по длине трубчатой костя показано на рис. 9. Напряжение о~ — действующее вдоль образующей. Напряжение о~ — действующее по касательной. ИзмеРения нап~ряжеиий производились на базе 10 мм. Напряжения уменьшались от середины 1 кости в сторону метаэпифиза. Это явление может объясняться перераспределением внутренних усилий в сечениях вследствие развития в концевых зонах трабекулярной структуры.

Исследования полей собственных напрягкелий производились также в черепных костях людей в возрасте21, 26, 43, 45, 65, 71 и 74 лет. При этом учитывалось, изменение с возрастом модуля упругости Е костей черепа, ' который изменялся от 0,8 10з кпс/см' в 21 год до 1 ° 10з кгс/ем~ в 74 года. Коэффициент поперечного сокращения кости, знание которого необходимо для нахождения плоскостных собственных напряженггй, р=0,35 независимо от возраста человека. Рис. 10. Схема располоакения исследуемых точек на поверхности черепной коробки, 2345528 ! ' ' ' ! ! ! "У "- Рис 9.

Распределение собственных напряжений а, и о, по длине трубчатой кости. ! ! 1 !5561 ! ! ! 2 г 55 к55 2 а Собственные напряжения определялись в обоих направлениях черепной коробки по продольным и поперечным осям. Изменения собственных напряжений производились,в наружных и во виуиренних слоях кости. Распределение замереиных собственных, напряжений показаио,на рис. !О. Сечения 1 — 1, 11 — 11 и т. д. характеризуют собственные напряжения в сагиттальных плоскостях, сечения 1 — 1, 2 — 2,и т. д.

во фронтальных. Указанные !собственные напряжения намерены в наружной поверхности. Напряжения имеют знак во всех пунктах в обоих направлениях. Их величина достигает 250 кгс/смт (рис. 11). Измеренные собственные напряжения во внутренних слоях черепной коробки имели знак минус: в обоих направлениях во всех пунктах напряжения сжатия были выше, нежели напряжения !растяжения.

Экаперимеиты показали, что величина собственных напряжений в,костях черепа интенсивно уменьшается с возрастом (рис. 12). В 70 лет собственные напряжения растяжения составляют 100 кгс/смх, в 20 лет— 250 кгс/смт. Лиалагично понижаевся величина собственных !напряжений сжатия соответственно с 400 до 220 /ем 2. Черепная коробка обладает собственными напряжениями значительной величины. Хирургическое вмеша- 6, лгс/см Г заа ' 7В7 -за Гвг ЛК Г .Г. ! Рис. 11, Распределение собственных напря- жений в костной черепной ткани. тельство в форме сверления, резекции создает перераспределение их, что в неблагоприятных случаях может сопровождаться растрескиванисм кости либо отколами, Образование указанного поля напряжений возможно при нагружении костной коробки в процессе ее формирования усилиями, вызывающими пластические деформации сжатия на внешней стороне кости.

Такое поле напряжений возможно при неравномерном росте кости, более интенсивном развитии внешних поверхностных слоев по сравнению с внутренними. Указанный рост слоев вызывает упругопластические деформации сжатия на внешней поверхности, а после остановки роста и перераспре- 41 Газ г ,! и1-ш Гб7, 7 Г ! + ~ ГГД2 ~ ~ ! ГВВ узв,з 72 2 ГЗВ4, ГЗ2.З Гздз з-з Гбб !!! +,, Гвг Рве. 12. Изменение собственных напряженна на наружной и внут- ренней поверхностях в возрасте 2Π— 70 лет. деления усилий — растягивающие напряжения. Высказанные положения являются гипотезой, но они объясняются законами механики. В настоящее время трудно сказать, какую роль в организме играют собственные напряжения, но в природе редко наблюдаются случайные явления. По-видимому, и собственные напряжении возникают как ответная реакция на внешние воздействия.

Глава 4 Упругие колебания и волны 1 са Т 2н' (9) (10) 42 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЯХ, УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ И ИХ ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ В практической жизни мы часто встречаемся с различными колебательными и волновыми движениями. Если подходить с общих представлений, то в природе существуют две основные формы волновых процессов — электромагнитные и упругие волны, представляющие собой периодические (в пространстве и во времени) изменения состояния среды.

Основное отличие этих двух форм заключается в том, что для распространения электромагнитных волн наличие упругих связей частиц вещества не является необходимым, в то время как распространение упругих колебаний определяется именно упругими свойствами среды. Общим у них является достаточно широкая область частот: от долей колебаний до миллиарда колебаний в секунду. Принято разделять звуковые волны на следующие диапазоны частот, Гц: 1) инфразвук — 1б; 2) слышимый звук — 16 — 18 000; 3) ультразвук — 18 000 — 1О"; 4) гиперзвук 10". Инфразвук охватывает область медленных неслышимых колебаний, например сейсмические волны.

Ультразвуковая область начинается на пороге слышимости и кончается на частотах нескольких тысяч мегагерц. Колебания, называемые гиперзвуком, лежат в области частот, соответствуюгцих тепловым колебаниям молекул в твердых телах. Колебания, возбужденные в какой-либо точке материальной среды, распространяются в этой среде в виде упругих волн, представляющих собой периодически чередующиеся области сжатия и разряжения (рис.

13). Скорость распространения упругой волны определяется свойствами среды, в которой она распространяется. Распространение упругих волн происходит согласно основным законам акустики. Рис. 13. Схема процесса распространении колебаний и среде. а — амнлнтула; Х вЂ” алина волны, Упругие механические колебания характеризуются следующими параметрами: частотой колебаний, выражаемой в герцах и определяемой числом полных колебаний, совершаемых за одну секунду, временем одного полного колебания, называемого периодом колебаний,— Т; амплитудой колебаний, представляющей собой наибольшее отклонение системы от состояния покоя и измеряемой в мерах длины. Частота колебаний: где со — круговая частота или частота полных колебаний за 2п. Если в момент 1=0, тело было выведено из равновесия и начало колебаться, тогда в момент 1 амплитуда колебаний будет: А=А .З1псо1=А,зп2я~1.

Полученное выражение представляет уравнение гармонического колебательного движения. (17) К,42 рсойя» ып» Ы (18) и 2 (14» (19) Л==- с, Взяв производную по времени от амплитуды смещения, получим скорость колеблющейся материальной точки: У»= Д, =А» 1 (11) При этом наибольшее значение колебательной скорости будет: 1'» =с»А=2п)А.

(12) Вторая производная по времени от амплитуды смещения дает выражение для ускорения колеблющейся материальной точки: Фх с'г» А» = — = — »- = — А,гв» з1п а1 а сг»»п о наибольшая амплитуда ускорения: АГ'" = — А~'.= — вЪ"»'~. Полученные выражения показывают, что скорость и ускорение точки тела являются периодическими функциями от времени, частоты и амплитуды А. Колебательная скорость возрастает пропорционально частоте, а ускорение его растет пропорционально квадрату частоты. Наиболее существенную характеристику распространяющейся волны представляет расстояние„которое она проходит за один период колебаний, т.