Критерии определения статической нагрузки на изломе длинных трубчатых костей в зоне сдвига при травме тупыми предметами

При выраженной зоне пластической деформации морфология поперечного сдвига обусловлена зарождением множественных микротрещин впереди фронта движущейся трещины в плоскости максимальных отрывных напряжений с последующим их слиянием между собой, вследствие чего формируются «гребни поперечного сдвига» [1]. При этом они отчетливо выражены, имеют направление перпендикулярное или близкое к нему по направлению движения магистральной трещины.

Вследствие того, что разрушение идет с относительно небольшой скоростью, поверхности и края трещины скользят одна по другой в противоположных направлениях: при поперечном сдвиге – перпендикулярно фронту трещины, при продольном – вдоль фронта, то процесс сдвиговой деформации идет медленно, отчего структура поверхности излома приобретает бугристый вид с множественными углублениями и выступами.

Зарождение и продвижение трещины является энергоемким процессом при деформации сдвига в хрупком и хрупко-пластинчатом материале, чем при деформации отрыва, на что указывают данные литературы [2,3,4]. Этим и объясняется, то, что текстура разрушения в зоне сдвига имеет волнообразную траекторию, и пластическая деформация значительно увеличивает долю касательных напряжений, в связи с чем, образовавшаяся трещина продвигается зигзагообразно. Кроме того, при медленном изгибе разрушение идет по менее энергоемкому пути, обходя при движении участки кости, которые имеют более выраженную твердость.

Сглаженность поверхности разрушения на участке, прилежащей к костномозговой полости трубчатых костей, объясняется тем, что при давлении во время прохождения магистральной трещины образуются рубцы на поверхности излома, которые формируются только по краю излома, в результате слияния языкообразно выступающих частей движущегося фронта трещины или семейства трещин, движущихся в одном направлении, расположенных на одном уровне. Образования их ближе к полости кости не происходит, так как невысокая скорость нагружения стремиться к свободной поверхности в области наружного контура периостальных краев для перехода в продольный сдвиг целью достижения максимальной деформации.

Так как при медленном изгибе разрушение идет с небольшой скоростью, то при движении трещины, в вершине которой действуют деформации продольного сдвига, края излома, приобретают вид «ступенек», количество которых ближе к долому уменьшается, но они увеличиваются в размерах.

Вследствие развития пластической деформации от свободной поверхности в области берегов трещины, фронт ее принимает дугообразную форму, т.е. несколько «отстает» по краям излома относительно тех участков, которые расположены в центре массива компакты. Данная картина формируется в виде рубцов, расположенных перпендикулярно фронту трещины, образует с ее берегами острый угол с вершиной, указывающей направление разрушения. Это краевые рубцы – рубцы, расположенные по краю излома и переходящие в боковые скосы. По сути, такие рубцы являются неполным «шевронным узором», расположенным в области берегов трещины [1]. Но так как разрушение идет с невысокой скоростью, то краевые рубцы слабо выражены на поверхности излома, их практически полностью перекрывают гребни поперечного сдвига, которые идут вдоль фронта трещины. Таким образом, при наложении их друг на друга образуется «треугольник», направленный своим основанием к краю излома, а вершиной к костно-мозговой полости кости.

Текстура излома на границе зон сдвига и долома приобретает однорельефный характер на всем протяжении этих участков, так как при медленном нагружении разрушение идет медленно, за счет чего и обеспечивается плавность перехода рельефа, который остается практически одинаковым на всем протяжении поверхности излома до вклинения и после него.

Таким образом, выявленные морфологические признаки в зоне сдвига на изломе позволяют определить вид внешнего воздействия по представленному костному отломку, что немаловажно при обнаружении скелетированных останков, когда необходимо решить вопрос о механизме травмы.

Литература:

1. Нагорнов М.Н. Фрактографические исследования костной ткани при экспертизе переломов : дис. … канд. мед. наук / М.Н.Нагорнов ; Рос. гос. мед. ун-т. – М., 1992. – 167 с.
2. Atkins A.G. Elastic and plastic fracture : metals, polymers, ceramics, biological materials / A.G.Atkins, Y.W.Mai. – Chichester : Horwood, New York, 1985. - 816 p.
3. Ginty C.A. Fracture Characteristics of Angleplied Laminates Fabricated from Overaged Graphite : Epoxy Prepeg / C.A Ginty C, C. Chamis // Fractografy of modern engineering materials: composites and metals, ASTM STP 948, American Society for Testing and Materials. – Philadelphia – 1987. – P. 101 – 130.
4. Hibbs M. F. Correlations Betweens Micromechanical Failure Processes and the Delaminaition Toughness of Graphite : Epoxy Systems / M.F.Hibbs,W.L.Bradley // Fractografy of modern engineering materials: composites and metals, ASTM STP 948, American Society for Testing and Materials. – Philadelphia,1987. – P. 68 – 100.