Виды и классификация травмирующих предметов с позиций механики деформируемого тела

Актуальность. Вопросы механо- и морфогенеза повреждений занимают ключевые позиции в практике судебной медицины. Одним из основных вопросов, которые решает судебно-медицинский эксперт, является определение характеристик травмирующего предмета, исходя из морфологии имеющихся повреждений. Количество работ, посвященных судебно-медицинской травматологии, постоянно растет, однако все они так или иначе разрознены и отражают, как правило, отдельные теоретические и практические аспекты травмы. Ряд работ в области судебно-медицинской травматологии перекликается с такими техническими дисциплинами, как механика деформируемого тела, в частности, с ее разделами – теорией сопротивления материалов и механикой разрушения [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 14, 15].

Появление такого научного направления в механике твердого тела, как фрактография (fractography; лат. fractis – излом) позволило в металлургии оценивать процессы деформации, причины разрушения конструкций, качество металла по характеристикам излома [1]. Основные принципы данной науки, заключающиеся в изучении излома, были успешно перенесены и применяются в судебно-медицинской травматологии, формируя целый ее раздел – «Фрактология» [8, 9].

Судебно-медицинская фрактология является связующим звеном между судебной медициной и механикой деформируемого тела [6]. Все процессы деформации и разрушения тел подчиняются определенным установленным физическим законам и, соответственно, должны описываться в рамках профессиональной терминологии, что, к сожалению, в судебно-медицинской практике часто не соблюдается. Лишь взяв на вооружение основы сопротивления материалов, механики разрушения, теории резания материала и ряда других технических дисциплин, мы сможем профессионально объяснить механику и генез повреждений, будь то травма тупым предметом, травма острым предметом либо огнестрельная травма.

Задачи исследования:

1. Изучить теоретические основы условий взаимодействия тел с точки зрения теоретической механики.
2. Установить возможность применения полученных теоретических данных в судебной медицине и возможность их развития в судебно-медицинской науке.

Результаты исследования и их обсуждение. В механике деформируемого тела травмирующий предмет обозначается термином индентор [2, 12]. Индентор (с англ. indenter от inden – вдавливать) – это твердый предмет определенной геометрической формы (шар, конус, пирамида) и размеров, вдавливаемый в поверхность исследуемого материала под действием заданной нагрузки или собственного веса для измерения твердости, предела текучести, модуля упругости и других свойств материала в процессе индентирования.

Обычно индентор состоит из держателя, крепежа и наконечника, который, собственно, и вдавливается в испытуемый образец. В настоящее время используется множество разных типов инденторов, различающихся формой наконечника. Основными являются: конические, пирамидальные, сферические, цилиндрические, клиновидные. Отдельно следует выделить формы трёхгранной пирамиды с углом 90° между рёбрами (т.н. кубический индентор), с углом 65,03° между осью и гранью (индентор Берковича), а также специальные инденторы Виккерса и Кнупа, которые применяются при стандартных испытаниях материалов на микротвёрдость, твёрдость при царапании, предел текучести и т.д. (рис. 1).

Рис. 1. Устройство индентора: а) общий вид; b) конический индентор, с) индентор Берковича; d) индентор Виккерса

Все инденторы можно разделить условно на две группы: острые и тупые (рис. 2). К острым инденторам относятся: конус, пирамида, клин с углом при вершине менее 120°, к тупым (пологим) – конус, пирамида, клин с углом при вершине более 120°, штамп различной конфигурации, сфера, цилиндр и другие поверхности второго порядка [12].

Рис. 2. Типы инденторов: а – контакт конуса с полупространством; б – воздействие клина на полупространство; в – контакт пирамиды с полупространством; г – контакт сферы с полупространством; д – контакт цилиндра с полупространством

А теперь посмотрим, какие аналогии имеются между геометрией инденторов и травмирующими предметами, которые изучаются судебной медициной. Начнем с тупых предметов с ограниченной плоской контактной поверхностью (рис. 3). Здесь мы видим разные варианты штампа.

Рис. 3. Тупые предметы с плоской контактной поверхностью

А вот примеры тупых предметов с цилиндрической поверхностью (рис. 4):

Рис. 4. Тупые предметы с цилиндрической контактной поверхностью

На следующем рисунке мы видим предметы с контактной площадкой в виде сферы (рис. 5):

Рис. 5. Тупые предметы со сферической контактной поверхностью

На рисунке 6 предметы с трехгранным углом, то есть трехгранной пирамидой:

Рис. 6. Тупые предметы с трехгранным углом

Если с плоской, сферической и цилиндрической поверхностью все понятно, то с пирамидой и конусом могут быть разные варианты относительно угла, больше или меньше 120°. Вроде предмет тупой, но в то же время, согласно вышеуказанной классификации, является и острым.

Рассмотрим теперь данную классификацию на примере острых предметов. В основе всех режущих предметов лежит клин (рис. 7):

Рис. 7. Примеры режущих предметов

С позиций теории резания материалов [10, 11] (С.В. Леонов, 2001, 2007) процесс резания намного более сложное понятие, чем принято считать в судебной медицине. Простейшим процессом резания является свободное резание за счет только режущей кромки, которое мы встречаем в случае резаных ран и рубленых повреждений без погружения пятки или носка топора.

Также выделяют блокированный типа резания, при этом в работе принимают участие три и более режущих кромки – лезвие и ребра предметов (ребра обуха ножа или ребра линии пятки, носка топора).

При этом режущая кромка действует как острый предмет, осуществляя продольное резание материала, а ребра обуха формируют повреждения, свойственные тупым предметам. Теория резания материалов, как составная часть механики деформируемого тела, позволяет по-новому взглянуть на процесс резания и выявить новые признаки, помогающие идентифицировать травмирующий предмет [10, 11].

Рассмотрим теперь огнестрельные снаряды, которые практически не изучаются судебными медиками в случаях огнестрельной травмы. Классическим примером сферического индентора являются круглые металлические пули для стрельбы из гладкоствольного охотничьего оружия и дробь (фото 1 а, б):

Фото 1. Металлические пули для стрельбы из гладкоствольного охотничьего оружия (слева) и дробь (справа)

Также выделяют двухрадиусные пули, конические формы, точнее оживальная форма (обтекаемая трѐхмерная форма, промежуточная между конусом и эллипсоидом) и пули сложной формы, используемые, как правило, в пневматическом оружии, в которых мы можем увидеть и штамп, и сферу, конус, а также более сложные конструкции. Таким образом, пуля может тоже действовать и как острый, и как тупой индентор (фото 2).

Фото 2. Формы пуль: слева – двухрадиусные пули (пистолетный патрон 9×18 (ПМ) с пулей со стальным сердечником и биметаллической пулей); в центре – оживальной формы пули (патрон 5,45×39 и различные модификации пуль); справа – пули для пневматического оружия

Вывод. Рассмотрение травмирующего предмета с позиций механики деформируемого тела позволяет нам объединить все имеющиеся классификации по принципу геометрии индентора, которая, в свою очередь, предопределяет характер распределения давления на контактной площадке, величины и локализацию напряжений на поверхности и в толще материала, как итог – морфологию разрушения.

Список литературы:

1. Герасимова, Л. П. Изломы конструкционных сталей / Л. П. Герасимова, А. А. Ежов, М. И. Маресев. – М., 1986. – 253 с.
2. Герман, Дж. Разрушение: пер. с англ. Т. 7, ч. 2 / Дж. Герман, Г. Либовиц. – М., 1976. – 463 с.
3. Громов, А. П. Биомеханика травмы. – М.: Медицина, 1979. – 270 с.
4. Громов, А. П. Судебно-медицинская травматология: рук. / А. П. Громов, В. Г. Науменко. – М.: Медицина, 1977. – 368 с.
5. Клевно, В. А. Морфология и механика разрушения ребер. – Барнаул, 1994. – 300 с.
6. Крюков, В. Н. Механизмы переломов костей. – М.: Медицина, 1971. – 107 с.
7. Крюков, В. Н. Механика и морфология переломов. – М., 1986. – 160 с.
8. Крюков, В. Н. Основы механо- и морфогенеза переломов. – М.: Фолиум, 1995. –232 с.
9. Леонов, С. В. Рубленые повреждения диафизов длинных трубчатых костей: дис. … канд. мед. наук. – Хабаровск, 2001.
10. Леонов, С. В. Дифференциальная диагностика рубленых повреждений кожи и плоских костей черепа по признаку остроты лезвия : дис. … д-ра мед. наук. – М., 2007.
11. Морозов, Е. М. Контактные задачи механики разрушения / Е. М. Морозов, М. В. Зернин. – М.: Машиностроение, 1999. – 544 с.
12. Одинцов, Н. В. К вопросу об использовании теории сопротивления материалов в судебно-медицинской практике / Н. В. Одинцов, Н. С. Эделев // Вторая Всерос. науч.-практ. конф. по медицинской кибернетике: тезисы / под ред. С. А. Гаспаряна. – Горький, 1979. – С. 45.
13. Пиголкин, Ю. И. Переломы свода черепа: механика образования, заживление, судебно-медицинская оценка / Ю. И. Пиголкин, М. Н. Нагорнов. – М.: ЗАО «АНДА», 2004. – 200 c.
14. Янковский, В. Э. Актуальные вопросы экспертизы механических повреждений. – М., 1990. – 178 с.