Характеристика методов исследования

Способность защититься от удара зависит от мастерства спортсмена [79, 86], а достоверность возникновения повреждений зависит от скоростно-силовых характеристик удара, а также механической и функциональной прочности биологических материалов - тканей ЗЧА [84; 87; 116; 117].

Вопрос испытания на прочность биологических тканей при травмирующей нагрузке, как правило, решается путем физического моделирования предполагаемых условий возникновения травм с использованием био или антропоморфных манекенов. Однако, инструментальная оценка контактных сил и деформаций усложненные тем, что на бюманекенах сложно добиться удовлетворительной фиксации динамических датчиков. Что касается антропоморфных манекенов, то их существующие модификации неплохо моделируют геометрию тела человека, в частности, определенного исследуемого участка, однако лишь отдаленно отвечают живым тканям тела по своим биомеханическим характеристикам [41, 42, 54, 86].

Характерной чертой биологических конструкций является сложность их геометрии и внутренней структуры, которая значительно осложняет эксперементальные исследования и анализ. Биологические материалы, как правило, работают в условиях значительных деформаций и имеют достаточно не линейные характеристики. Поэтому, анализ параметров локальной нагрузки следует решать расчетным путем, хотя, следует отметить, что в общем случае соударение упруго-пластичних тел сложной формы (боксерская перчатка - ткани нижней трети лица) - одна из самых сложных задач теоретической механики [111, 118, 119].

Среди работ докомпъютерной эры следует отметить монографию Г.П.Соснина [12], в которой с помощью вычислительных методов механики и сопротивления материалов теоретически обоснованы методы ортопедического лечения деформаций ЗЧА и основы способов конструирования протезов.

Современный уровень развития биомеханики, как науки, позволяет решить вышеуказанные вопросы с позиций анализа тканей и конструкций на прочность с помощью "глубокого биомеханического анализа".

С использованием такого современного метода математического моделирования, как метод конечного элемента (МКЭ) [103,123,124]. Под глубоким биомеханическим анализом следует понимать выявление и анализ напряженно деформированного состояния (НДС) в любом участке ЗЧА, которая нас интересует.

Под воздействием механических действий (естественных или искусственных) в биологических тканях, органах и системах появляется механическое движение, распространяются волны, возникают деформации и напряжения. Физиологическая реакция на эти факторы зависит от механических свойств биологических тканей [55, 58, 85]. Как изменяются эти реакции и свойства в тканях значимы для профилактики, защиты от травмирующей действия механических сил, потому что травма - это, в первую очередь, нарушение прочности тканей. В данном случае МКЭ допускает определения действующих напряжений и деформаций в каждом элементе рассмотренной системы - ЗЧА, с последующем сравнением их с известными в литературе разрушительными напряжениями и деформациями.

Построение конечной элементной модели плоской или объемной - процесс достаточно длительный и кропотливый. Точность всех построений зависит от качества и объема начальной числовой информации о параметрах строения необходимого объекта и его механических характеристик. В модель включаются все структурные составляющие поэтапно, с последующей разбивкой на конечные элементы. После разбивки каждый элемент модели получает свой номер. Конечные элементы образуют узлы. Зная топографию каждого элемента, пользователь может вывести на экран монитора любой фрагмент модели, а затем рассматривать необходимый фрагмент из соответствующей точки, в необходимом масштабе. Программа с помощью, которой построена и анализируется модель, записывает в протокол решение задачи перемещения каждого узла по трём координатам: напряжения нормальные и касательные, главные напряжения и напряжения по Мизесу в каждой узловой точке и в середине каждого элемента. Такой объем информации невозможно разместить даже в многотомном научном отчете.

Изменения в модель можно вносить в зависимости от получения новых данных о параметрах строения составные и их механических характеристик в каждом конкретном случае [57, 59, 60].

Использование компьютерных технологий имеют ряд преимуществ над эксперементами на манекенех или человеке. Исследование влияния динамической нагрузки на ЗЧС во время пропущенного спортсменом удара, мы будем проводить, используя именно этот метод.