Граници на якост на бедрената кост на различни предмети

Якост на опън (MPa)	Човек	Кон
Компресия
разтягане

Различните тъкани на един и същи орган имат различна якост на опън. В табл. 11.3 показва характеристиките на тъканите на различни органи.

Якостни характеристики на различни тъкани

Вид плат	Пределна якост на натиск, MPa
твърда кост
минерален компонент
Протеинов компонент	0,1
Емайл	34-45
дентин
Ръб, край	1-4
Прешлен
Компактно вещество на бедрената кост	1470-2940
Поресто вещество на бедрената кост
Лигаменти на големи стави	10-16
Кожа (корем)	17-36

Твърдост

Един от важните показатели за много материали е тяхната твърдост. Твърдостта се разбира като разнообразие от характеристики на устойчивостта на материала към локална, концентрирана в малък обем деформация на външната му повърхност или на повърхността на среза.

Твърдостта е устойчивостта на материала на локална пластична деформация, която възниква, когато в него се въведе по-твърдо тяло -индентор.

Използват се различни методи за измерване на твърдостта, базирани на определяне на размерите на отворите, получени чрез врязване в повърхността на пробата за изпитване на едно от следните тела на индентора:

• диамантен конус (твърдост по Rockweller, HR);

• три- или четиристранна призма (твърдост по Викерс, Hv);

• стоманена топка (твърдост по Бринел Hb).

При първия метод твърдостта се определя от стойността, свързана с аксиалното движение на върха на конуса придадено натоварване. При последните два метода мярката за твърдост е стойността, определена от съотношението на натоварването към повърхността на отпечатъка.

В табл. 11.4 показва стойностите на твърдостта на тъканите на челюстните кости и зъбите.

Твърдост по Бринел за челюстни кости и зъби

Парцел	Изследвана тъкан	Твърдост Hb, 10 4 Nm-2
Горна челюст (странична област)	Компактна материя
Спонгиозни трабекули
Долна челюст (странична област)	Компактна материя
Спонгиозни трабекули
Емайл	Резци, кучешки зъби, премолари, молари
дентин	Резци, зъби

Унищожаване

Разрушаване - макроскопско нарушение на целостта на тялото (материала) в резултат на механични или други въздействия.

В процеса на разрушаване на тялото могат да се разграничат два етапа: начален - развитие на пори, пукнатини и краен - разделяне на тялото на две, три или повече части.

В зависимост от това как протичат тези етапи се разграничаваткрехкиипластични(пластични) фрактури.

Нека разгледаме как става разрушаването на хомогенен прът, когато се разтяга. Нека единият край на пръта е фиксиран, а към другия се прилага надлъжна сила на опън, чиято стойност постепенно се увеличава. Тази сила предизвиква относително удължение на пръта (ε), в резултат на което в материала възниква механично напрежение (σ). На фиг. 11.8 показва как стойността на механичното напрежение се променя в зависимост от стойността на относителното удължение за пластични (1) и крехки(2)фрактури.

Фиг. 11.8. Зависимост на напрежението от величината

относителна деформация при едноосно опън

за пластични (1) и крехки(2)материали (O — точка на разрушаване)

Вискозна фрактура

Праволинейният участък в диаграмата съответства наеластична деформация,при която напрежението в материала нараства пропорционално на относителното удължение. Тогава започва

зоната на необратими промени в размера и формата на тялото, поради започване и развитие на пукнатини в най-слабото място. Скоростта на процеса на пластично разрушаване обикновено е ниска, а самият процес може да бъде забавен (спрян) чрез намаляване на приложеното натоварване. Когато големината на относителното напрежение достигне определена критична стойност, настъпва разрушаване (разкъсване) на пръта (точка О).

Крупко разрушаване

Това разрушаване започва почти веднага след завършване на еластичната деформация (праволинейно сечение) и се характеризира с висока скорост на процеса. Ядрената пукнатина бързо достига критичен размер, след което бързо се разпространява спонтанно, завършвайки с разрушаване.

Основните фактори, които определят характера на процеса на унищожаване, са:

• свойства на материала и състоянието на веществото (структура на веществото, температура, влажност и др.);

• свойства на обекта (проектни характеристики, размери, форма, качество на повърхността);

• динамика на силовото въздействие (скорост на натоварване).

Пукнатини

По време на разрушаването на хомогенни тела процесът на образуване и развитие на пукнатина зависи от вида на деформацията. Схемата на основните части на пукнатината и различните им видове са показани на фиг. 11.9, 11.10.

За по-голяма яснота на върха на пукнатината е поставена триизмерна система (фиг. 11.10).координати. Ако деформацията се определя от сили, ориентирани по посока на OS, тогава ръбовете на пукнатината се отклоняват симетрично в противоположни посоки (тип I).

Ако ръбовете на пукнатината и нейните повърхности се плъзгат една върху друга в посока OX (през предната част на пукнатината), тогава възникват напречни деформации на срязване (тип II).

В случай, че ръбовете и повърхността на пукнатината се движат един спрямо друг в посока OZ (т.е. по протежение на фронта на пукнатината, успоредно на него), се образуват надлъжни деформации на срязване (тип III).

Фиг. 11.9. Схема на основните части на пукнатината:1 —краища на пукнатината, 2 — повърхност на пукнатината (пречупване),3 —фронт на пукнатината

Фиг. 11.10. Схема на механизмите за образуване на пукнатини в зависимост от

по метода на деформация: a — тип I (отделяне),b —тип II (напречно срязване),c —тип III (надлъжно срязване)

Появата на пукнатина и нейното нарастване води до промяна в структурните свойства на деформируемото тяло и може да завърши с разрушаване на тялото.

По-долу са разгледани например уврежданията, характерни за дългите тръбни кости. Разрушаването на такива кости може да се разглежда като разрушаване на пръта под въздействието на натоварвания в надлъжна или напречна посока.

Надлъжни натоварвания (компресия) възникват например при падане върху протегната ръка, върху ръка, огъната в лакътната става, или върху свито коляно (фиг. 11.11).

Фиг. 11.11. Нараняване на долната епифиза на бедрената кост поради

възможни са прекъснати или срязващи деформации при падане

на свито коляно

В спортната практика костите често се увреждат поради огъването им под въздействието на външни влияния. Зоната на началото на разрушаването на диафизата на дълга тръбна кост призавоят е разположен на изпъкналата страна (фиг. 11.12.) на дъгата, където са концентрирани най-високите стойности на напреженията на опън.

Фиг. 11.12. Схема на разрушаване на диафизата на дълга тръбна кост

поради огъване:a, b-вектори на външни сили,c -натиск,

r —сили на опън

Друг вид увреждане на големи тръбести кости, придружено от множество фрактури, възниква при удар с тъп предмет (фиг. 11.13).

Фиг. 11.13. Схема на механизма на образуване на фрагментарна фрактура на диафизата на дълга тръбна кост с еднакво сечение (а) и с неравномерно сечение (б) при излагане на тъп предмет (Крюков)

---