1_2023_s_12

Название статьи БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРЕПА ЧЕЛОВЕКА ПРИ УДАРЕ ПРЕДМЕТОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
Авторы

С.М. БОСЯКОВ, д-р физ.-мат. наук, доц., декан механико-математического факультета, Белорусский государственный университет, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С.А. ПРОНКЕВИЧ, канд. физ.-мат. наук, доц., доцент кафедры био- и наномеханики, Белорусский государственный университет, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

И.А. МОРОЗ, канд. юрид. наук, директор, Научно-практический центр проблем укрепления законности и правопорядка Генеральной прокуратуры Республики Беларусь, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Г.И. ЗАЛУЖНЫЙ, начальник научного отдела технических, криминалистических и специальных исследований, Научно-практический центр Государственного комитета судебных экспертиз Республики Беларусь, г. Минск, Республика Беларусь, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
В рубрике БИОМЕХАНИКА
Год 2023
Номер журнала 1(62)
Страницы 88–94
Тип статьи Научная статья
Индекс УДК 531/534:[57+61]
Идентификатор DOI https://doi.org/10.46864/1995-0470-2023-1-62-88-94
Аннотация Достаточно часто у жертв падений, дорожно-транспортных происшествий, нападений с применением бит и прутьев наблюдаются переломы черепа. Целью работы является определение напряженно-деформированного состояния головы человека, возникающего при ударном воздействии на основании конечно-элементного моделирования. Удар наносится во фронтальную область лобной кости средней частью и концом цилиндрического предмета (стержня), который различным образом ориентирован по отношению к франкфуртской плоскости. Модель головы включает эпидермис (кожу), костные структуры черепа, костные структуры нижней челюсти, глазные яблоки, зубы, мозговые оболочки (твердую, паутинную и мягкую мозговые оболочки), головной мозг (белое и серое вещество), мозжечок, стволовую часть мозга, мышцы и связки. Для описания элементов модели головы человека используются модели линейно упругого материала, вязкоупругого несжимаемого материала, упругопластического материала с учетом разрушения и гиперупругого материала. Глазные яблоки рассматриваются как абсолютно твердое тело. Расчет выполнен для различных значений начальной скорости цилиндрического предмета, соответствующих моменту его соприкосновения с кожным покровом головы. Установлено, что наиболее высокие напряжения и перемещения костных структур черепа возникают при ударе средней частью стержня по сравнению с ударом его концом. Ударное воздействие стержня приводит к наиболее высоким эквивалентным напряжениям, если стержень располагается под углом 60° к вертикали. Область максимальных напряжений расположена у пересечения сагиттального и коронарного швов, причем в большей степени существенные напряжения наблюдаются вдоль коронарного шва. Полученные результаты могут быть использованы для экспертов в области судебной экспертизы для оценки различных сценариев возникновения черепно-мозговой травмы и обоснования дальнейших судебно-медицинских расследований.
Ключевые слова ударная нагрузка, костные структуры черепа, ударник цилиндрической формы, конечно-элементное моделирование, эквивалентные напряжения
  Полный текст статьи Вам доступен
Список цитируемой литературы
  1. Biomechanical analysis of skull fractures after uncontrolled hanging release / L. Thollon [et al.] // Forensic Science International. — 2013. — Vol. 233, iss. 1–3. — Pp. 220–229. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2013.08.015.
  2. The validation and application of a finite element human head model for frontal skull fracture analysis / Z. Asgharpour [et al.] // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. — 2014. — Vol. 33. — Pp. 16–23. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2013.02.010.
  3. Skull fracture prediction through subject-specific finite element modelling is highly sensitive to model parameters / D. De Kegel [et al.] // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. — 2019. — Vol. 100. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103384.
  4. Study of cerebrospinal injuries by force transmission secondary to mandibular impacts using a finite element model / L. Tuchtan [et al.] // Forensic Science International. — 2020. — Vol. 307. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2019.110118.
  5. Madhukar, A. Finite element methods in human head impact simulations: a review / A. Madhukar, M. Ostoja-Starzewski // Annals of Biomedical Engineering. — 2019. — Vol. 47, iss. 9. — Pp. 1832–1854. — DOI: https://doi.org/10.1007/s10439-019-02205-4.
  6. Abé, H. Data book on mechanical properties of living cells, tissues, and organs / H. Abé, K. Hayashi, M. Sato. — Tokyo: Springer, 1996. — 436 p.
  7. Fung, Y.-C. Biomechanics. Mechanical properties of living tissues / Yu.-Ch. Fung. — New York: Springer, 1993. — 568 p.
  8. Nahum, A.M. Intracranial pressure dynamics during head impact / A.M. Nahum, R. Smith, C. Ward // SAE Technical Paper. — 1977. — DOI: https://doi.org/10.4271/770922.
  9. Biomechanics of skull fracture / N. Yoganandan [et al.] // Journal of Neurotrauma. — 1995. — Vol. 12, no. 4. — Pp. 659–668. — DOI: https://doi.org/10.1089/neu.1995.12.659.
  10. The dynamic responses of the cervical spine: buckling, end conditions, and tolerance in compressive impacts / R.W. Nightingale [et al.] // SAE Technical Paper. — 1997. — DOI: https://doi.org/10.4271/973344.