Российский журнал биомеханики

Cerebral vascular aneurysms are abnormalities present in 2-5% of the population. Aneurysm rupture often leads to the development of a hemorrhagic stroke. Among its consequences are disability and death. Despite this, preventive surgical treatment of aneurysms is not always justified, since it leads to serious postoperative complications. In this regard, there is the problem of developing and justifying reliable and convenient criteria for assessing the risk of aneurysm rupture. Aspect ratio (the ratio of the height of the aneurysm to the diameter of the neck) is the relative size of the aneurysms used to classify them as prone to rupture and not prone to rupture. This characteristic is also used as predictor of aneurysm rupture. In this paper, we carried out a series of numerical biomechanical calculations aimed at substantiating the critical value of the aspect ratio characterizing aneurysms prone to rupture. In the simulation, the average shear stresses on the aneurysm wall were compared for different aspect ratios from 0.5 to 2.25 with a step of 0.25 for asymmetric models and for aspect ratios from 0.5 to 2.1 with a step of 0.2 for symmetrical models. It was revealed that average wall shear stresses on the aneurysm significantly decrease when the aspect ratio is greater than critical. An abrupt decrease in the average wall shear stresses on the aneurysm with aspect ratio greater than the critical value was revealed.

Замещение послеоперационного дефекта верхней челюсти онкологического генеза у пациентов с полным отсутствием зубов сложная задача. По результатам механических испытаний конструкционных материалов и имитационного компьютерного моделирования биомеханики челюстного протеза-обтуратора авторы создали усовершенствованные конструкции обтуратора с заданными конструктивными характеристиками, что обеспечило эффективность стоматологического ортопедического лечения этой категории пациентов.

В настоящее время средний срок службы коленного эндопротеза, используемого при полной замене коленного сустава, составляет приблизительно от 10 до 15 лет. На его долговечность могут повлиять такие факторы, как инфекция, нестабильность или ограниченная подвижность протеза. Главной же причиной разрушения эндопротеза является износ контактирующих поверхностей, что для хирургов-ортопедов и инженеров по сей день остается большой проблемой. Наиболее распространенными биоматериалами, используемыми при полной замене коленного сустава, являются сверхвысокомолекулярный полиэтилен, сплав титана Ti6AI4V и сплав CoCrMo. В процессе эксплуатации протеза появляются продукты износа полиэтиленового вкладыша в результате постоянного трения головки эндопротеза при движениях в суставе. В данной работе предлагается снизить скорость износа протеза путем замены вкладыша на биоматериал с высокой износостойкостью. В ходе проведенного исследования изучены триботехнические характеристики биоматериалов и сделан вывод, что полиэфирэфиркетон является наиболее подходящим материалом для полной замены коленного сустава. Эксперименты проведены с различными нагрузками и скоростями вращения диска трибометра. Для оптимизации результатов используются уравнения регрессии с использованием дисперсионного анализа.

В работе с теоретико-механических позиций обсуждаются некоторые аспекты соскока «спортсмена-гимнаста» (или «робота-гимнаста») с «перекладины». Рассматриваются все фазы соскока в плоском случае. Тело «гимнаста» моделируется трехзвенным физическим маятником, однако после отрыва его от «перекладины» и опускания «рук» моделью динамической системы становится уже двухзвенный маятник. Для двухзвенной модели в рамках режима «кинематического» управления изучается процесс опускания «рук», свободный полет, выход «ногами» на опору (абсолютно неупругий удар) и дальнейшее управление в опорной фазе с целью вертикальной стабилизации всей маятниковой системы. Режим «кинематического» управления означает возможность мгновенного изменения (в некоторых пределах) угла между звеньями тела. Для каждой из фаз движения найдены удобные формы описывающих ее динамических уравнений. Эти уравнения опираются на использование в качестве одной из переменных кинетического момента системы относительно различных точек тела или пространства. Порядок такой системы уравнений ниже, чем порядок полной системы. Стадия успокоения «гимнаста», возникающая после выхода ног на поверхность опоры, изучается также на основе специальной системы уравнений подобного типа. Показано, как с помощью численного анализа можно строить область управляемости для перехода двухзвенника в состояние стабилизации, отвечающее равенству горизонтальных координат опоры ног и центра тяжести двухзвенной маятниковой системы. Рассматривается методика построения стабилизирующего управления. Результаты представленного анализа задачи позволяют построить удобную приближенную модель явления в целом, а также использовать ее при управлении роботизированным аналогом. В качестве примера рассмотрен один из случаев движения, отвечающий антропоморфной модели.

Воздействие окружающей среды, травмы головы, тремор глаз приводят к повреждению и нарушению зрения. Только в Соединенных Штатах Америки около 30 000 человек ежегодно теряют зрение на один глаз в результате травмы. Мягкие ткани склеры играют жизненно важную роль в защите, поддержании формы глаза и регуляции внутриглазного давления. Возникновение глаукомы тесно связано с изменениями в склере. Целью исследования является изучение и сравнение механического ответа мягких тканей склеры овец при двухосном растяжении, поскольку данных таких исследований недостаточно. Константы материала, описывающие механическое поведение, были определены с помощью моделей Фанга и Чой-Вито. Для эксперимента использовались глаза овец. Их транспортировали к месту проведения испытаний в замороженном виде, а затем проводили испытание в солевом растворе при температуре 37 °C. Образцы подвергались испытанию в течение 4-6 часов после убоя. Было обнаружено, что ткань склеры овец является нелинейной со средним значением анизотропии A, равным 0,69 и 0,74 в моделях Фанга и Чои-Вито соответственно. Коэффициенты корреляции R 2 между экспериментальной и гиперупругими моделями были равны 0,98 и 0,95, при этом модель Фанга лучше соответствовала эксперементальным данным и демонстрировала более анизотропное поведение, чем модель Чой-Вито.