Испытание на сдвиг.

Испытание на сдвиг проводят с целью определения проч­ности связи на сдвиг между слоями мягких биотканей, напри­мер между склерозированным и непораженным слоями стен­ки кровеносного сосуда.

Для этого применяют специальное устройство - согласу­ющий блок СБ испытательного комплекса, изображенный на рис. 4, а. Согласующий блок состоит из двух металлических брусьев 1 и 5, один из которых жестко соединен с подвижной траверсой испытательной машины, а второй - с тензодатчиком. Брусья обладают одной степенью свободы и могут перемещаться параллельно относительно друг друга в вер­тикальной плоскости. К брусьям прикреплены пластины 4 и 9. Пластина 4 закреплена неподвижно, а 9 - упруго. Значе­ние перемещения фиксируют гайкой 8, регулирующей силу прижатия, обеспечиваемую пружинами 6. Силу прижатия определяют по шкале 7, предварительно оттарированной на этой же испытательной машине. К пластинам приклеены ме­таллические «щечки», имеющие шероховатую поверхность. Размеры «щечек» подобраны в соответствии с часто встре­чающимися размерами фиброзных и атероматозных бляшек и составляют: = 4 мм и = 25 мм (см. рис 4, б). На брусьях 1 и 5 имеются специальные канавки 2 для надежной фиксации хирургических ниток, при помощи которых крепят концы образца 3.

О

Рис. 4.

бразец к испытаниям подготавливают следующим об­разом. Из развертки стенки кровеносного сосуда вырезают прямоугольный образец таким образом, чтобы патологиче­ский очаг находился я середине образца. После оценки ста­дии поражения атеросклерозом и предварительного определения границ исследуемого участка 1 концы образца рас­слаивают до меток и отслоенные концы покрывают краси­телем. Затем концы отслоенного участка образца закрепля­ют в «щечках» приспособления при помощи хирургических ниток. При этом, после наложения узла с одного конца и фиксации в пазу 2, во время затягивания второго узла обра­зец удерживают в растянутом состоянии. В растянутом со­стоянии приращение длины образца соответствует физиоло­гическому удлинению кровеносного сосуда. Приспособление фиксируют к подвижной и неподвижной траверсам испыта­тельной машины INSTRON3365, и при помощи гайки 8 уста­навливают заданное давление. Нагружение осуществляется при скоростях, соответствующих перемещению инструмен­та хирургом, с одновременной записью диаграммы «нагруз­ка – время». Характерная кривая нагружения имеет вид, по­казанный на рис. 4, в. После предварительной деформации происходит отслоение, что хорошо видно на диаграмме. У испытанного образца при помощи микроскопа МПСУ-1 изме­ряют размеры незакрашенного участка, соответствующего площади отслаивания. Зная силу отслаивания и площадь отслаивания , определяют прочность связи на сдвиг:

.

Испытание на сжатие.

Данный метод применяется для исследования свойств твердых и мягких биологических тканей. Для испытания твердых биотканей используют цилиндрические образцы с соотношением высоты к диаметру от 1,5 до 3,0, изготавли­ваемые из материала различных органов, а также сегменты самих органов (например, трубчатых костей). Испытание на сжатие осуществляют при помощи того же стандартно­го оборудования, что и при растяжении. В случае приме­нения испытательного комплекса на базе машины INSTRON3365 данный метод реализуется с помощью базового варианта с использованием специальных приспособлений, входящих в основной состав машины. При этом по стандартным методикам определяют прочностные и упруго-деформативные свой­ства биоматериала при сжатии [5,6].

Испытание на сжатие мягких биотканей, как правило, требует создания специальных методик и приспособлений. Так, например, при разработке методики определения зави­симости относительной остаточной деформации склерозиро­ванного материала артерии от давления была использована методика формовки изделий из порошковых материалов [7].

На рис. 5 представлены схема испытания на сжатие, форма образца и диаграмма «нагрузка – время» примени­тельно к машине INSTRON3365. Для этой цели разработан специальный блок, состоящий из приспособления для фикса­ция образца 1 и пуансона для его нагружения 2.

Образцы при помощи штампа изготавливают из пора­женного атеросклерозом слоя артерии. Размеры образца выбраны соответствии со статистическими данными о разме­рах бляшек и для удобства расчетов составляют = 4 мм, = 25 мм. Образец помещают в фиксирующее приспособле­ние, предотвращающее боковые деформации. Приспособле­ние с образцом устанавливают на неподвижной платформе, связанной с тензодатчиком испытательной машины. Нагружение образца осуществляют пуансоном, размеры которого соответствуют размерам окна приспособления. Верхний пре­дел нагрузки задают исходя из максимально допустимого да­вления на стенку кровеносного сосуда.

По полученным результатам испытаний с учетом диа­граммы «нагрузка – время» определяется остаточная дефор­мация и зависимость :

,

где - высота образца до сжатия; - высота образца после деформадии; - изменение высоты образца после дефор­мации; - сила сжатия образца; - площадь поверхности давлении.

Рис. 5.

Используемое оборудование и программное обеспечение:

1. Испытательная машина INSTRON 3365

2. ПО для INSTRON 3365

3. Штамп для вырубки образцов

4. Электронный толщиномер

5. Ножницы

Порядок выполнения работы:

1. Изучить техническую документацию на испытательную машину Инстрон.

2. Изучить конструкцию оснастки для подготовки образцов.

3. Изучить конструкцию приборов для определения геометрических параметров образцов.

4. Изучить конструкцию дополнительной оснастки блока СБ испытательного комплекса .

5. Зарисовать структурную схему испытательного комплекса на базе машины Инстрон.

6. Выбрать методы испытаний биоматериала

7. Выбрать структурную схему

8. Подготовить образцы к испытаниям

9. Провести испытания образцов

10. Провести обработку результатов испытаний.

Требования к содержанию отчёта:

1. Конспект теоретической части

2. Структурная схема испытательного комплекса

3. Графическое представление результатов испытаний

4. Выводы

Контрольные вопросы:

1. При каких методах испытания биоматериала выбирается базовая структура испытательного комплекса.

2. Для каких материалов предназначены методы испытания на сдвиг и сжатие.

3. В чем заключается отличие характеристик прочности материала на растяжение и раздир.

Литература:

1. Саврасов Г.В. Физико-механические свойства биоматериалов при различных видах нагружения.. Учебное пособие., М. МГТУ, 1999, 20 с.

2 Биотехнические системы: Учебное пособие / Под ред. В.М.Ахутина. Л.: ЛГУ, 1981. 200.

3 Пуриня Б.А., Касьянов В.А., Биомеханика крупных кровеносных сосудов человека. Рига: Зинатие, 1980. 260 с.

13