Клиническая практика показывает, что появляющаяся при повседневных движениях пациента нагрузка на травмированную конечность, неизбежно передаваемая путем механического контактного взаимодействия с одного костного отломка на другой, должна находиться в интервале, рекомендованном лечащим врачом. Это особенно важно на ранних стадиях заживления перелома [18, стр. 88]. Поэтому необходим постоянный контроль величины нагрузки на фрагменты костей в процессе лечения переломов.

Материалы и методы. Прямые измерения взаимного давления костных отломков в данном случае технически невозможны. Поэтому необходимы устройства, в которых реализовано косвенное измерение указанной выше силы. При косвенных измерениях искомая величина непосредственно не измеряется, а вычисляется по результатам измерений других связанных с ней величин. Например, зная нагрузку на голеностопный сустав можно определить силы контактного взаимодействия костных отломков с учетом особенностей методики остеосинтеза.

В свою очередь, для определения нагрузки на голеностопный сустав травмированной конечности могут быть использованы данные о контактном взаимодействии стопы пациента и опорной поверхности. Существует ряд методик и устройств для исследования контактного взаимодействия стопы и опорной поверхности [http://www.diaserv.ru/scan.html; https://www.uni-due.de/~qpd800/ и др.]. Таким образом, данные о давлении по стопе, являясь результатом прямых измерений, могут быть использованы в качестве исходных данных для моделирования контактного взаимодействия костных отломков как друг с другом, так и с элементами фиксирующих устройств [11, 12, 19, 20].

Результаты и обсуждение. Необходимость ограничения сил контактного взаимодействия костных отломков в процессе заживления перелома обосновывается с учетом биомеханических аспектов регенерации костной ткани, физиологических и клинических аспектов [1–20]. С учетом этих данных, а также социальной значимости затронутой проблемы был разработан вариант устройства для мониторинга нагрузки на фрагменты костей голени в процессе лечения переломов [19].

В предлагаемом устройстве технический результат выражается в улучшении результатов лечения и в профилактике осложнений, для достижения чего в устройстве используются блок цифрового преобразования величины давления по опорной поверхности стопы в величину взаимного давления отломков травмированной кости, а также и аудиовизуальная информация, передаваемая пациенту в виде  звуковых и световых сигналов. Указанный результат достигается тем, что устройство снабжено электронным блоком преобразования величины давления по опорной поверхности стопы в величину взаимного механического давления костных отломков травмированной конечности. Реализация предлагаемого устройства осуществлена с применением микроэлектронных компонентов.

Например, если в начальной стадии послеоперационного лечения перелома нагрузка на травмированную конечность при осторожной ходьбе с дополнительной опорой не должна превышать 10 % от веса пациента, то данное значение устанавливается (программируется) в предлагаем устройстве в качестве предельного. По мере приближения нагрузки к предельному значению, а также при его достижении пациенту выдаётся в аудиовизуальном виде соответствующая предостерегающая информация. Кроме того, названные выше результаты прямых и косвенных измерений по беспроводному каналу передаются в запоминающее устройство для дальнейшей обработки и обоснования рекомендаций по улучшению результатов лечения переломов с учетом индивидуальных особенностей пациента [10, 11].

Заключение. Доклинические испытания рассмотренного устройства выполнены в Больнице скорой медицинской помощи (г. Петрозаводск) [http://www.petrsu.ru/news.html?action=single&id=12015]. Подтверждено, что применение телекоммуникационных технологий и современных датчиков давления по площади контакта стопы с основанием позволяет с использованием методов численного моделирования биомеханических систем обеспечить дополнительные возможности в профилактике послеоперационных осложнений при лечении переломов голени.

Щепа, представляя собой разновидность измельченной древесины, необходима для получения целлюлозы, используется в производстве стружечных плит и в других целях. Области применения щепы и соответствующие характеристики определены в ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая. Технические условия». Характеристики других разновидностей измельченной древесины, в том числе опилок, стружки и других отходов переработки лесоматериалов, приведены в ГОСТ 23246–78 «Древесина измельченная. Термины и определения». Актуальность исследований по направлению, обозначенному в названии данной работы, обусловлена рядом факторов, к которым относится, прежде всего, необходимость уменьшения количества отходов и затрат энергии при переработке круглых лесоматериалов на щепу. В этой связи появляются задачи, для решения которых желательны, однако по техническим условиям невозможны или трудноосуществимы, измерения в производственных условиях таких параметров, как силы контактного взаимодействия деталей технологического оборудования и перерабатываемых лесоматериалов.Как следствие, по причинам технической невозможности или экономической нецелесообразности приобретают особую актуальность приложения методов численного моделирования механических систем к решению этих задач. Применение современных методов численного моделирования и компьютерных технологий существенно уменьшает, но не исключают полностью названные ограничения технической невозможности или экономической нецелесообразности соответствующих экспериментов.

Очистка круглых лесоматериалов от корыв установках барабанного типа.

Теоретические основы технологии очистки круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах изложены в монографииС.П. Бойкова [2], которая остается актуальной и в настоящее время. Однако после публикации данной монографии (1980 г.) появилась необходимость более подробного изучения ряда вопросов. Не останавливаясь на перечислении этих вопросов, отметим лишь, что к их числу можно отнести теоретическое обоснование зафиксированных вэкспериментах А.Н. Коршунова закономерностей уменьшения степени очистки с увеличением диаметра балансов. Результаты этих экспериментов введены в научный оборот в недавно опубликованной статье И.В. Григорьева (с соавторами) [8]. Теоретическое обоснование данной закономерности получено в работе [12], в которой с применением несложной математической модели установлено, что при одной и той же продолжительности технологической операции степень очистки от коры балансов уменьшается с увеличением диаметра балансов. При этом, если в барабан загружены балансы неодинакового диаметра,то, по отношению к балансам малого диаметра, степень очистки от корыбалансов большего диаметра уменьшается пропорционально квадрату увеличения диаметра. Адекватность данноготеоретически найденногоположения [12] подтвержденасравнением с указанными выше независимо полученными экспериментальными даннымиА.Н. Коршунова.

Другие применения методов численного моделирования механических систем к решению задач по совершенствованию технологии очистки круглых лесоматериалов от коры в установках барабанного типа рассмотрены в работах [6, 10, 12, 14, 15, 16].

В контексте данной работы заметим, что при численном моделировании соударений круглых лесоматериалов в корообдирочном барабане неизбежно приходится иметь дело с моделью механической системы, в которой имеются односторонние связи и соударения.Структура такой системы непрерывно изменяется в течение всего процесса окорки по мере вращения барабана (рисунок 1) [14, 15].

Рисунок 1. Балансы в корообдирочном барабане [14]

Анализ состояния такой системы и сил контактного взаимодействия при соударениях ее элементов (включая корпус барабана) представляет собой сложную задачу, для решения которой применяются, как правило, численные методы [17]. Необходимо заметить также, что некоторые задачи такого класса,методы их решения и соответствующая библиографияприведены в работе [18]. Однако, в статье [10]показано применение более эффективного алгоритма, обоснованного в работе [19] и анонсированного в заметке [21]. Реализация данного алгоритма сводится к жордановым исключениям, выполняемым в определенной очередности. Данная очередность определяется с использованием энергетического критерия переходя односторонних связей из возможного состояния в действительное состояние [10, 19].

Измельчение древесины на щепу в дисковых рубительных машинах.

История рубительных машин, первая из которых появилась в 1889 году, продолжается и в настоящее время, что отражено в статьях [16, 21 и др.].Одна из проблем производства щепы заключается в уменьшении массовой доли частиц, некондиционных по форме и размерам. Однако полностью исключить появление отходов в виде таких частиц не удается. Причины появления отходов данного вида, а также технологические решения для реализации потенциала ресурсосбережения при переработке круглых лесоматериалов на щепу рассмотрены в работах [4, 13]. Отличительная особенность этих работ заключается в том, что в них принято во внимание непрерывное уменьшение длины любого отрезка бревна в процессе его измельчения в рубительной машине. В этих работах теоретически и экспериментально показано, что на финишной стадии измельчения отрезок бревна стандартной длины превращается в короткомер, а измельчение короткомеров в рубительной машине приводит к увеличению доли щепы некондиционной крупности. Таким образом, полностью исключить причины появления щепы некондиционной крупности не удается. Однако можно уменьшить долю короткомеров в общем потоке круглых лесоматериалов путем их сортировки по длине, что более подробно рассмотрено в работах [3, 5, 11, 22].

Заключение

Представленный краткий обзор отражает только некоторые новые решения, разработанные в ИЛИСН ПетрГУ и направленные на решение многоплановой проблемы рационального использования древесины. Другие аспекты данной проблемы, в том числе вопросы, требующие продолжения исследований, обсуждаются в работах [1-7, 9-15,28].

Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 годы (подпроект:«Совершенствование строительных материалов на основе использования местных ресурсов и отходов переработки древесины»).