способ определения продольной силы натяжения в растянутых эластичных структурах

Формула изобретения

Способ определения продольной силы натяжения в растянутых структурах посредством приложения поперечной силы, заключающийся в измерении поперечной силы и вызываемого ею прогиба и определении по значениям измеренных величин силы натяжения, отличающийся тем, что предварительно жестко закрепляют в двух точках концы исследуемого участка эластичной структуры с исключением возможного смещения ее относительно опорного закрепления, измеряют расстояние от точки приложения силы до точки закрепления исследуемого участка, поперечную силу прикладывают дважды к середине участка и дважды измеряют величину соответствующего прогиба, а значение силы натяжения определяют по формуле



где F_1,2, d_1,2 соответственно значения поперечной силы и величины прогиба эластичной структуры при первом и втором воздействиях;

X половина длины участка между точками закрепления эластичной структуры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к способам определения продольной силы натяжения в растянутых эластичных структурах, а именно к биомеханике кровеносных сосудов.

Изобретение может быть использовано в клинической диагностике, экспериментальной фармакологии, нормальной и патофизиологии при изучении механических свойств сосудистой стенки, а также связанных с ними нарушениями гемодинамики при различных сосудистых заболеваниях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является способ измерения силы натяжения в растянутой арматуре посредством приложения поперечной силы [1] включающий измерение свободного пролета, измерение расстояния от точки приложения силы до опоры, приложение и измерение поперечной силы и вызываемого ею прогиба и определение по значениям измеренных величин силы натяжения, причем все операции повторяют при другом сочетании длины свободного пролета и расстояния от точки приложения поперечной силы до ближайшей опоры, а значение силы натяжения определяют по формуле



где

а P_1,2; f_1,2; l_1,2; C_1,2 соответственно значения поперечной силы, прогиба в точке приложения поперечной силы, длины пролета, расстояния от точки приложения поперечной силы до ближайшей опоры при соответствующих измерениях.

Недостатком этого способа является недостаточный уровень точности для случаев, когда величина стрелы прогиба сравнима с размерами исследуемого участка поперечной силы в двух различных точках и замера многих параметров с целью определения силы натяжения в растянутой арматуре, что является трудоемким и неудобным для определения продольной силы натяжения в эластичных структурах целостного организма (in vivo).

В результате анализа уровня техники, проведенного по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах предложенного изобретения, не было выявлено аналога, характеризующегося признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого решения.

Результаты анализа дают основание для вывода о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Предложенный способ определения продольной силы натяжения в растянутых эластичных структурах в отличие от прототипа [1] позволяет определить продольную силу натяжения в мягких эластичных материалах с более высокой точностью и наименьшим количеством замеряемых величин, тем самым упрощая способ и снижая его трудоемкость, что существенно влияет на применение этого способа при изучении механических свойств эластичной стенки кровеносных сосудов целостного организма (in vivo).

Способ измерения продольной силы натяжения основан на хорошо разработанных методах динамометрии, что позволяет создавать простые механические устройства, детали которых, непосредственно контактирующие с объектом измерения, допускают механическую и химическую обработку, в частности, стерилизацию.

Предлагаемый способ измерения силы натяжения неразрушающий, что имеет немаловажное значение при использовании его в медицине.

Удобство способа заключается также и в том, что для определения силы натяжения эластичной структуры не нужно заранее знать величину модуля Юнга и поперечное сечение сосуда, которые могут меняться от одного объекта к другому.

Таким образом, достижение более высокого технического результата при использовании новых признаков предложенного технического решения позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения требованию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена схема, иллюстрирующая способ.

Способ реализуется следующим образом.

Жестко фиксируют две точки эластичной структуры (A и B), между которыми проводят измерения с тем, чтобы исключить возможные смещения в местах опорного закрепления структуры. Измеряют расстояние между точками A и B. В средней точке C перпендикулярно структуре прикладывают силу, которая смещает ее на величину d₁ относительно первоначального положения и измеряют величину этой силы F₁. Эксперимент повторяют. К средней точке C перпендикулярно структуре прикладывают силу, которая смещает ее на величину d₂ относительно первоначального положения и измеряют величину этой силы F₂.

Силу натяжения, действующую между зафиксированными точками A и B в точке C, определяют по формуле:



где F_1,2, d_1,2- соответственно значения поперечной силы и величины прогиба эластичной структуры при первом и втором воздействии;

X половина длины участка между точками закреплений структуры.

Для получения этой формулы используют закон Гука, который описывает упругие свойства растянутой эластичной структуры. На основании результатов измерений при двух воздействиях выводят систему линейных уравнений, решением которой является искомое значение продольной силы натяжения. Это решение описывается вышеуказанной формулой.

Точность определения величины силы натяжения в растянутых эластичных структурах зависит от точности измерения стрелы прогиба и измерения величины поперечных сил F₁ и F₂.

Способ может быть реализован с помощью следующих устройств. Для фиксации двух точек эластичной структуры используют стандартные зажимы, закрепленные на заранее выбранном расстоянии друг от друга, при этом известно положение средней точки. В частности, при использовании упругих свойств кровеносных сосудов в качестве зажимов выбираются клипсы микрохирургические сосудистые двойные.

Для определения поперечной силы натяжения применяют любой известный измеритель, например, высокочастотный динамометр.

Величины прогиба d₁, d₂ задают заранее, а момент совпадения величины смещения структуры под действием поперечной силы с заданными величинами F₁ и F₂ фиксируют с помощью стандартных датчиков положения.

Использование заявляемого способа определения продольной силы натяжения в растянутых эластичных структурах дает значительный технический результат, что позволяет говорить о соответствии заявленного решения критерию "промышленная применимость".