1. Введение.

Необходимость установления особенностей воздействия травматических зарядов на ткани человека давно уже является актуальной для судебно-медицинских экспертов. Это объясняется как большой частотой встречаемости последствий применения травматического оружия населением, так и тем, что в настоящее время установлены далеко не все особенности поражения человека нелетальными травматическими зарядами. Чаще всего в своей практике эксперты сталкиваются с повреждениями мягких тканей, образованными в результате выстрелов из травматических пистолетов. Значительно реже встречаются повреждения костей при поражении выстрелами либо с дистанции в упор, либо с близкой дистанции. При этом достаточно долгое время существовала точка зрения о том, что повреждения длинных трубчатых костей при выстреле из травматического оружия не формируются. Однако известно, что травматические заряды могут поражать человека не только при использовании короткоствольного оружия, каковыми являются многочисленные травматические пистолеты, но и при выстреле из гражданского гладкоствольного оружия, в том числе и со средней длиной ствола.

В настоящее время различные авторы предлагают применять метод математического моделирования в решении задач по изучению распространения напряжения в тканях человека. Так Fuhao Mo (2011-2015 гг.) с соавторами в своих работах рассматривали возможность моделирования механизма образования повреждений нижних конечностей при травме стоящего пешехода с передней частью движущегося автомобиля. В этом исследовании также удалось установить закономерные особенности образования повреждений нижних конечностей при различных формах и расположениях бампера автомобиля [1]. В других работах они установили возможность математического моделирования переезда бедренной кости колёсами автомобиля и повреждений нижних конечностей при травме водителя автомобиля при фронтальном столкновении [2, 3].

Marcin Milanowicz (2016г) и Jiri Adamec (2010г) с соавторами создавали математическую модель человека, пригодную для моделирования процесса падения человека с различной высоты и образования различных повреждений при этом падении [4, 5].

С помощью современных программных средств возможно моделирование различных тканей и органов человека, имеющих точные анатомические характеристики конкретного человека [6-11]. Использование различных программных расчётных средств (ANSYS, LS-DYNA, AutoCAD, «КОМПАС», NX, SolidWorks и др.) позволяет с математической точностью доказать механизм образования повреждений при различных условиях применительно к конкретному человеку. При этом можно моделировать бесконечное количество вариантов условий возникновения повреждений, предлагаемых следователем и в рамках задач научного исследования, что указывает на огромные возможности применения математического моделирования методом конечных элементов в судебной медицине. Результаты исследования при этом максимально подробно и полно визуализируются, позволяя детально и последовательно оценить процессы, происходящие в исследуемых объектах.

2. Цель исследования.

Установить особенности распределения силовых напряжений, возникающих при формировании переломов диафизов бедренных костей, причиненных выстрелом с дистанции в упор многокомпонентным пулевым травматическим зарядом 12-го калибра из карабина «Сайга 12к», и на основании полученных данных дать теоретическое обоснование механизма образования специфического отломка, имеющего признаки «ложного».

3. Материалы и методы исследования.

3.1. Эксперименты с биоманекенами.

Проведенные нами ранее исследования по баллистическим особенностям зарядов для данного вида оружия показали, что удельная кинетическая энергия травматического пулевого многоэлементного заряда 12-го калибра на срезе ствола составляет до 53 Дж/см², а на дистанции 1-2 м – до 83 Дж/см², при том, что удельная кинетическая энергия пули одного из самых мощных травматических пистолетов «Шаман» на дистанции 1 м составляет 30,6 Дж/см². Эти особенности изначально предполагают значительно большее разрушающее действие при выстреле зарядом 12-го калибра по сравнению с действием пулевого заряда, выпущенного из травматического пистолета [12, 13, 14].

Понимание важности проблемы, а так же предположение о том, что поражение травматическим многокомпонентным пулевым зарядом 12-го калибра может не только образовывать разрушения длинных трубчатых костей, но иметь особые морфологические признаки, ранее побудило авторов данной статьи провести исследования по установлению морфологических особенностей формирования переломов бедренной кости трехэлементным травматическим пулевым заряда 12-го калибра при выстреле из гладкоствольного самозарядного карабина «Сайга 12к» [14, 15].

Экспериментальное моделирование повреждений проводили на биоманекенах лиц мужского пола в возрасте от 36 до 61 лет. Были произведены две серии выстрелов (по три в каждой серии) с дистанции в упор. Выстрелы производились под прямым углом в боковую поверхность средней или нижней третей бедра (зона сечения в форме овала).

В эксперименте использовались патроны марки «Record» (12х70), выпускаемые Краснозаводским химическим заводом, содержащие по три резиновые пули диаметром по 17,4 мм, массой по 3,45 г, расположенные друг за другом в пластиковом контейнере, представляющем собой цилиндр диаметром 18,3 мм, длиной 48,0 мм с четырьмя вертикальными, доходящими до основания, прорезями шириной в 1,0 мм.

В результате проведенных экспериментов была выявлена следующая морфологическая картина. В месте воздействия заряда на кость, на ней всегда формировался многооскольчатый перелом, представленный на стороне воздействия пулевого заряда двумя крестообразно пресеченными трещинами (продольной и поперечной). Продольно ориентированная трещина всегда была непрерывная, поперечная – пересекала продольную с образованием «ступеньки» (вторичная). На месте пересечения трещин имелся краевой скол и выкрашивание компактного вещества в большей степени на поперечной трещине на участке до четверти диаметра кости, в меньшей – на продольной трещине на участке длиной до 25,0-30,0 мм. Типичный для классического огнестрельного пулевого повреждения дефект «минус-ткань» отсутствовал. В зоне «крестообразного» разрыва регистрировался близкий к округлому, диаметром 14,0-16,0 мм, черно-серого цвета, след воздействия резиновой пули.

На боковых поверхностях диафиза после выстрела формировались множественные продольные, по форме близкие к ланцетовидным, отломки. На сопряженных месту внедрения снаряда поверхностях диафиза образовывались несколько дуговидных (пасынковых) трещин, образующих практически симметричный костный отломок дольковидной формы (рис. 1а, б, в).

а

 

б

в

Рис. 1. Огнестрельные переломы, полученные многокомпонентным травматическим пулевым зарядом 12-го калибра с дистанции в упор: а – при выстреле в боковую поверхность нижней трети диафиза, б – при выстреле в боковую поверхность средней трети диафиза, в – при выстреле в переднюю поверхность средней трети диафиза.

 

Вершина осколка располагалась либо в верхней трети поперечника кости, либо в его средней трети, «Т»-образно соединяясь с зоной воздействия заряда короткой трещиной. Основание осколка было обращено к задней поверхности диафиза. Концы образовавшегося осколка были острыми, торцевые края разделения со стороны осколка ногтеобразно нависающие, со стороны массива диафиза – выражено пологие. Края выпуклой части осколка были везде четкие, без сколов и выкрашиваний компакты, ближе к основанию отломка с определяющимся при микроскопии низкопрофильным, зубчатым краем. На наружной поверхности края ложного отломка отвесные, со стороны костномозгового канала – либо так же отвесные, либо, в зоне вершины дуги, несколько нависающие.

При микроскопии изломов двух типов отломков, имеющих признаки «ложных», один из которых образован при выстреле в переднюю поверхность средней трети диафиза бедра (кольцевидное сечение диафиза), имеет пологую дугу верхнего края (рис. 1 б, в), другой, образованный при выстреле в боковую поверхность нижней трети диафиза (овальное сечение диафиза) – значительно более выпуклую дугу края (рис. 1 а). Край выпуклой части отломка имеет достаточно четкий, пилообразный край (рис. 2).

 

Рис. 2. Микрофотография (увеличение до 40Х) пилообразного края дуговидной части ложного отломка перелома бедренной кости, образованного многокомпонентным травматическим пулевым зарядом 12-го калибра с дистанции в упор.

 

Во всех случаях на изломе в зоне максимальной кривизны дуги определялись продольные параллельные выраженные гребни (рубцы), что соответствует зоне первичного разрыва и проекции ударного воздействия снарядов (рис. 3 а). На изломе в зоне выпуклой части отломка, расположенной ближе к основанию, так же присутствовали продольные гребни (рубцы), которые там становились менее выраженными и более короткими (рис. 3б), в углублениях между которыми расположены продольные, ветвистые трещины.

 

а   б

Рис. 3. Микрофотография (увеличение до 40Х) поверхности излома дуговидной части ложного отломка перелома бедренной кости, образованного многокомпонентным травматическим пулевым зарядом 12-го калибра с дистанции в упор: а – в зоне «вершины» отломка, с длинными продольными рубцами, б – в зоне пологой части отломка, с более короткими продольными рубцами.

 

Поверхность же излома зоны, расположенной непосредственно у торцевого края отломка (рис. 4), имеет морфологию, отличающуюся в зависимости от степени выраженности крутизны дуги. Так, на изломе в прикраевой зоне, имеющей ширину до 2-3 мм (что составляет не более ½ толщины стенки диафиза в зоне разрушения), с выраженной крутизной дуги (образованного при выстреле в боковую поверхность нижней трети диафиза бедренной кости) поверхность представлена чередованием выступов и углублений – шеврон (рис. 4 б). Излом прикраевой зоны отломка с небольшой выпуклостью дуги, образованного при выстреле в переднюю поверхность средней трети диафиза бедренной кости, до самого края представлен продольными, короткими гребнями (рубцами) со стороны вершины дуги (рис. 4 а), имеющих отщепы (рис. 5) [18].

 

а   б

Рис. 4. Микрофотография (увеличение до 50Х) поверхности излома в прикраевой зоне торцевого края ложного отломка перелома бедренной кости, образованного многокомпонентным, травматическим, пулевым зарядом 12-го калибра с дистанции в упор: а – отломка образованного выстрелом в боковую поверхность средней трети диафиза, с продольными рубцами распространяющимися до самого края, б – отломка образованного выстрелом в боковую поверхность нижней трети диафиза, с узкой зоной шеврона  непосредственно у края.

 

Рис. 5. Микрофотография (увеличение до 60Х) поверхности излома в прикраевой зоне торцевого края ложного отломка перелома бедренной кости, образованного многокомпонентным травматическим пулевым зарядом 12-го калибра с дистанции в упор. Стрелками указаны демонстрирующие направление распространения.

 

Полученные в результате проведенного экспериментального исследования данные по образованию переломов бедренных костей от выстрела многокомпонентным травматическим пулевым зарядом показали, что они имеют как признаки образования от высокой энергии действия, характерной для классических огнестрельных пулевых переломов, так и признаки действия твердого тупого предмета с ограниченной поверхностью.

Характер и морфология поверхностей излома на вершине дольковидного отломка указывают на уплощение кости в месте воздействия снаряда с одновременным увеличением выпуклости кости на сопряженных и непосредственно примыкающих к месту воздействия поверхностях. Форма пасынковых трещин, образующих дольковидный отломок, и поверхность их излома указывают на формирование разрушения в виде широкой дуги, развивающейся по направлению в стороны от внедрения огнестрельного снаряда.

Ранее в научной литературе, причиной, объяснявшей механизм образования ложного отломка трубчатой кости, считался асимметричный поперечный изгиб, влекущий выпрямление выраженной кривизны диафиза и особенную концентрацию силовых напряжений [16, 17]. В нашем же случае воздействие производилось по нормали, при этом не только в такую же, имеющую кривизну зону диафиза, но и в боковую поверхность, где этот фактор отсутствовал. Однако отломки, имеющие признаки «ложных», на противоположной выстрелу поверхности при экспериментальных отстрелах все же образовались. При этом было выявлено, что сформировавшийся на противоположной воздействию стороне ложный отломок не имеет на своих торцевых частях краев, сформированных типичным разрывом.

Таким образом, нами сделано предположение о схожих механизмах образования переломов – динамический характер разрушения в виде пульсовой волны, развивающейся по направлению движения огнестрельного снаряда, формирующей в нашем случае практически симметричный ложный отломок, с признаками образования его «скатов» за счет разделения ткани деформацией сдвига. В связи с этим предположением, а также с целью понимания возникающего распределения топографии напряжений в костной ткани, обуславливающего такой специфический механизм разрушения диафизов бедер, нами выполнено математическое моделирование процесса формирования повреждения под действием травматического огнестрельного снаряда.

3.2. Математическое моделирование.

В соответствии с поставленными задачами, с заданными параметрами, методом конечных элементов произведено математическое моделирование процесса разрушения бедренной кости при условиях, что диафиз бедренной кости представляет собой трубку, состоящую в основном из компактного вещества кости. Нами была упрощена модель взаимодействия резиновой пули с диафизом кости до высокоскоростного взаимодействия резинового шарика с цилиндром. Для решения указанной задачи применяли метод конечно-элементного анализа [1-7, 10, 11, 12, 18, 19].

Конечно-элементный анализ основан на использовании математического метода конечных элементов [10]. Для оценки газодинамического распределения потоков используется частный вид FEA – метод конечных объёмов (МКО).

Метод конечных элементов (МКЭ) – численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики. Собственно, сам МКЭ возник в 1950-х годах, а возникновение идеи конечных элементов датируется 1936 годом. Но из-за низкого уровня вычислительной техники в то время метод не получил широкого применения. С развитием вычислительных средств постоянно расширились не только возможности метода, но и класс решаемых задач. В настоящее время метод широко используется для решения задач механики деформируемого твёрдого тела в науке «сопротивление материалов», теплообмена, гидрогазодинамики и электродинамики [5].

В настоящей работе был использован программный комплекс ANSYS, являющийся пакетом для конечно-элементного анализа в различных областях инженерной деятельности (термодинамика, высокоскоростные и низкоскоростные взаимодействия, механика жидкостей и газов, прочность конструкций, электромагнетизм), включая связанные многодисциплинарные задачи.

ANSYS был первым коммерческим конечно-элементным продуктом, получившим в свое время сертификат ISO. ANSYS – это профессиональный конечно-элементный расчетный комплекс, позволяющий решать задачи высокоскоростных и низкоскоростных взаимодействий.

При постановке задачи диафиз бедренной кости был принят с упрощением за трубку, состоящую из компактной кости равномерной толщиной 2,5 мм и длиной 400 мм, что соответствует реальным параметрам диафиза бедренной кости. При экспериментальных исследованиях по диафизу бедренной кости был произведён выстрел из огнестрельного оружия снарядом, представляющим собой резиновый шарик диаметром 18 мм. Направление выстрела было перпендикулярно оси диафиза бедренной кости в упор, что позволяло определить начальную скорость полёта снаряда, которая составляла 180000 мм/с.

При помощи программной оболочки ANSYS 17.2 получены математические 3D-модели кости и пули с использованием Solid конечных элементов. Для формирования модели диафиза кости был выполнен цилиндр длиной 400 мм с равномерной толщиной стенки 2,5 мм. Модуль упругости компактного вещества, являвшегося материалом цилиндра – 19,2 ГПа, модуль Юнга – 20 ГПа, коэффициент Пуассона – 0,3.

Моделью резиновой пули являлась сфера диаметром 18 мм. В связи с тем, что точные характеристики материала резиновой пули не были доступны, свойства материала были взяты из стандартной библиотеки Explicit_Materials программы ANSYS 17.2 под названием Rubber1.

Испытания конечно-элементной модели проводились для различных числовых значений прочностных свойств костного материала, а именно рассматривалась прочность компактной пластинки от 20 МПа до 125 МПа – на растяжение, и от 40 до 180 МПа – на сжатие.

Для сопоставимости результатов расчета при различных моделях контактных взаимодействий и нагружений использованы единые значения прочности компакты: 90 МПа – на растяжение, 140 МПа – на сжатие [4]. Испытания при иных значениях прочностных свойств бедренной кости в указанных пропорциях соотношения прочности на растяжение и на сжатие, дают аналогичные результаты по характеру напряженно-деформированного состояния, что позволяет сделать вывод об аналогичном характере разрушения. Меняется лишь величина прикладываемой силы.

В ходе экспериментального исследования создавалось только одно условие взаимодействия – резиновый шарик бьёт в центральной части закреплённого неподвижного цилиндра перпендикулярно оси цилиндра со скоростью 180000 мм/с, что соответствует среднему показателю скорости заряда на дульном срезе, рассчитанному на основании данных полученных при экспериментальных отстрелах. Созданная модель кости в нижней и верхней частях закреплены связями с ограничением перемещений по осям х, у, z, которое моделирует неподвижную опорную ногу.

4. Результаты.

Проведенное методом конечных элементов математическое моделирование процесса разрушения бедренной кости показало следующее.

1. При ударном взаимодействии с областью средней трети диафиза трубчатой кости вокруг места травмирующего воздействия резиновой пули формируется расширяющаяся в стороны зона сжатия (синие стрелки), окружённая участками растяжения (рис. 6).

 

аб

Рис. 6. Изображение модели взаимодействия резиновой пули с диафизом бедренной кости: а) вид с места воздействия пули с окружающей его зоной сжатия (красные стрелки); б) вид на разрезе, показывающий зоны концентрации напряжений на наружной и внутренней поверхностях стенки кости (синим – сжатие, красным – растяжение).

 

2. При дальнейшей деформации кости появляются участки растяжения наружной пластинки кости с формированием линий перелома на наружных, сопряженных с местом воздействием снаряда, поверхностях кости (рис. 7). Направление распространения линий перелома – перпендикулярно направлению векторов силовых напряжений на рисунках.

 

аб

Рис. 7. Изображение модели взаимодействия резиновой пули с диафизом бедренной кости, показывающее в динамике процесс формирования зоны сжатия на противоположной воздействию пули поверхности кости: а) начало формирования зоны сжатия; б) расширение зоны сжатия, контурами полностью повторяющее форму ложного отломка.

 

3. В конечной стадии образования перелома на стороне кости, противоположной месту воздействия пули, формируется овальной формы участок сжатия кости, окружённый зоной растяжения наружной пластинки (рис. 8, 9).

 

аб

Рис. 8. Изображение модели взаимодействия резиновой пули с диафизом бедренной кости с формированием линий перелома, отображаемых изолиниями напряжений: а) вид боковой поверхности кости и воздействующей пули, где красным цветом отграничиваются зоны сжатия в месте контакта с пулей и на противоположной стороне; б) вид той же боковой поверхности с динамикой формирования зон сжатия, где находящаяся на противоположной воздействию поверхность значительно больше и контурами совпадает с формой ложного отломка.

 

Рис. 9. Динамическое изображение модели взаимодействия резиновой пули с диафизом бедренной кости с формированием линий перелома, отображаемых изолиниями напряжений.

 

На динамическом изображении модели взаимодействия резиновой пули с диафизом бедренной кости с формированием линий перелома отмечается образование очагов растягивающего напряжения в виде изолиний на начальном этапе взаимодействия на наружных, сопряженных с местом воздействием снаряда, поверхностях кости и распространением этих растягивающих напряжений на сторону кости, противоположной месту воздействия пули с формированием овальной формы участка сжатия кости, окружённый зоной растяжения наружной пластинки. Применением метода математического моделирование методом конечных элементов позволил определить и визуализировать весь процесс распространения напряжения в модели диафиза бедренной кости при высокоскоростном взаимодействии с моделью резиновой пули.

При сравнительном исследовании формы и морфологии изломов ложных отломков, образовавшихся в переломах бедренной кости, полученных при экспериментальных отстрелах, и экспериментальных математических моделей напряженно-деформированного состояния, образующегося при этом в бедренной кости, выявлено полное сходство расположения формирующих ложный отломок линий разделения с линиями максимальных напряжений в модели кости при экспериментальных математических моделированиях напряженно-деформированного состояния при высокоскоростном нагружении тупым предметом с ограниченной сферической контактирующей поверхностью перпендикулярно поверхности кости в средней её трети.

Обсуждение результатов. Анализ и трактовка данных математического моделирования показывает, что воздействие по нормали на модель кости с круглым сечением диафиза тупого индентора (сферической пули) под зоной контакта в материале формирует гидростатическое ядро. Далее, в процессе нагружения (продвижения эластической пули при погружении) в материале боковых стенок кости, перед гидростатическим ядром, за счет больших касательных напряжений образуется продольная, овальной формы зона пластической деформации, окруженная упругой зоной, и формирующая на противоположной воздействию стенки трубки симметричную, так же продольно-овальную зону пластической деформации, контур которой, обусловленный максимальным уплотнением материала, по форме полностью совпадает с формой полученных в эксперименте ложных отломков.

Таким образом, комплекс деформаций в виде гидростатического сжатия на стороне воздействия индентора, следующих за ним по направлению внешней силы растягивающих напряжений, образуют на противоположной воздействию стороне зону пластической деформации, тем самым обуславливая на границе последних формирование чистого сдвига и следующего за ним хрупкого разрушения (двуосное растяжение) [4, 5].

Присутствие растягивающих напряжений на боковых поверхностях трубки, максимально концентрирующихся во фронте медианной трещины (распространяющейся от зоны контакта с индентором-пулей), обуславливает сдвиговое смещение перед расположенной на противоположной поверхности полусферической зоной пластической деформации, и приводит к тому, что на определенном этапе трещины от сдвига, распространяющиеся в стороны от медианной, дугообразно огибают эту зону, таким образом, формируя ложный отломок.

4. Выводы.

Образование ложных отломков бедренной кости на стороне, противоположной выстрелу, объясняется совокупностью факторов, которыми являются: большая энергия импульса воздействия, особое распределение силовых напряжений, обуславливающее сдвиг по границе зоны пластической деформации на противоположной воздействию поверхности диафиза.

Ни кривизна повреждаемой части диафиза, ни асимметричность воздействия не являются ведущими факторами в образовании ложных отломков на противоположной воздействию поверхности диафиза.

Разрушение диафиза длинной трубчатой кости может формироваться не по классической схеме «сжатие – разрыв», а по схеме «сжатие – разнонаправленный сдвиг».

Образовавшиеся при автомобильной травме «ложные осколки» могут иметь аналогичную природу происхождения. Имеющееся же их отличие в асимметричности формы объясняется только воздействием на кость под углом, отличным от прямого.

В ходе исследования с использованием математического моделирования методом конечных элементов была установлена возможность определения механизма и последовательности формирования разрушений при образовании перелома бедренной кости при высокоскоростном нагружении тупым предметом с ограниченной контактирующей поверхностью перпендикулярно поверхности кости в средней её трети.

Применение программного комплекса ANSYS позволило оценить закономерность образования ложного отломка диафиза бедренной кости при высокоскоростном взаимодействии с резиновой пулей и максимально подробно визуализировать процесс формирования изолиний напряжения.

Полученные в результате проведенных исследований данные не только расширяют многообразие известных механизмов разрушения бедренных костей, но и дают практическому эксперту возможность по наличию симметричного ложного отломка, с учетом макроскопических признаков, устанавливать огнестрельный характер перелома бедренной кости, образованного выстрелом с дистанции в упор многокомпонентным травматическим пулевым зарядом 12-го калибра, в том числе и при отсутствии мягких тканей.

Список использованной литературы:

1. F. Mo, P.J. Arnoux, J.J. Jure, C. Masson, Injury tolerance of tibia for the car-pedestrian impact, Accid. Anal. Prev. (2012). doi:10.1016/j.aap.2011.12.003.

2. F. Mo, P.J. Arnoux, D. Cesari, C. Masson The failure modelling of knee ligaments in the finite element model / International Journal of Crashworthiness (2012). DOI: 10.1080/13588265.2012.704194

3. F. Mo, P.J. Arnoux, D. Cesari, C. Masson Investigation of the injury threshold of knee ligaments by the parametric study of car–pedestrian impact conditions / Safety Science (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.ssci.2013.07.024

4. M. Milanowicz, K. Kedzior Active numerical model of human body for reconstruction of falls from height / Forensic Science International (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.forsciint.2016.10.009

5. J. Adamec, K. Jelen, P. Kubovy, F. Lopot, E. Schuller Forensic Biomechanical Analysis of Falls from Height Using Numerical Human Body Models / J Forensic Sci, November 2010, Vol. 55, No. 6 doi: 10.1111/j.1556-4029.2010.01445.x

6. Леонов С.В., Пинчук П.В., Крупин К.Н., Панфилов Д.А. Математическое моделирование травмирующего воздействия на большеберцовую кость для оценки условий образования перелома / Судебно-медицинская экспертиза. 2017. Т. 60. № 2. С. 11-13.

7. Пинчук П.В., Крупин К.Н., Панфилов Д.А. Математическое моделирование сложнонапряженного состояния большеберцовой кости для оценки характера перелома / Медицинская экспертиза и право. 2016. № 6. С. 42-46.

8. Леонов С.В., Пинчук П.В., Крупин К.Н., Панфилов Д.А. Дифференциальная диагностика условий образования перелома методом математического моделирования / Медицинская экспертиза и право. 2017. № 1. С. 24-28.

9. Леонов С.В., Крупин К.Н., Петров В.В. Особенности морфологии переломов большеберцовых костей, причинённых выстрелом в упор многокомпонентным пулевым травматическим зарядом 12-го калибра, с установленным методом математического моделирования механизмом их формирования / Вестник судебной медицины. 2017. Т. 6. № 3. С. 9-15.

10. Леонов С.В., Пинчук П.В., Крупин К.Н. Математическое моделирование выстрела газопороховой струи при выстреле из ствола типа EVO / Вестник судебной медицины. 2017. Т. 6. № 2. С. 8-11.

11. Гусаров А.А., Макаров И.Ю., Емелин В.В., Фетисов В.А. Возможности и перспективы использования трехмерных моделей в судебной медицине / Медицинская экспертиза и право. 2017. № 4. С. 13-18.

12. Леонов С.В., Пинчук П.В., Раснюк С.В. Влияние конструкционных особенностей ствола типа EVO на топографию распределения частиц пороха на мишени. Медицинская экспертиза и право. № 5 , 2016 г., С. 37-40.

13. Бабаханян А.Р., Исаков В.Д., Назаров В.Ю. Судебно-медицинская экспертиза повреждений, причиненных эластичными поражающими элементами: Пособие для врачей судебно-медицинских экспертов. СПб: «Регион-Про», 2008. 24 с.

14. Саркисян Б.А., Петров В.В., Сапрыкин Р.А. Особенности повреждений кожи и мягких тканей, причиненных выстрелами из гладкоствольного карабина "Сайга 12к" травматическим, многоэлементным пулевым зарядом 12-го калибра // Медицинская экспертиза и право, № 3, 2014 г., С. 23-27.

15. Саркисян Б.А., Петров В.В., Сапрыкин Р.А. Диафизарные переломы длинных трубчатых костей, причиненные травматическим, многоэлементным пулевым зарядом при выстреле из гладкоствольного карабина «Сайга 12к» // Медицинская экспертиза и право, № 4, 2014 г., С. 34-36.

16. Леонов С.В., Леонова Е.Н., Пинчук П.В., Баринов Е.Х. Биосопромат и фрактология в судебной медицине: учебное пособие. ЮрИнфоЗдрав. Москва. 2016 г., С. 70-105.

17. Бахметьев В.И., Крюков В.Н., Новоселов В.П., Саркисян Б.А., Янковский В.Э. Диагностикум механизмов и морфологии переломов при тупой травме скелета. Т.1. Механизмы и морфология переломов длинных трубчатых костей. Новосибирск: Наука. 1996. С. 51-52.

18. Леонов С.В., Бутузова Ю.П., Анализ напряжений, возникающих в следовоспринимающем материале при внедрении колюще-режущего предмета. Судебно-медицинская экспертиза. 2013. Т. 56. № 2. С. 19-21.

19. Мураев А.А., Иванов С.Ю., Леонов С.В., Старостин П.В., Чугунов Н.М. Конечно-элементный математический анализ распределения нагрузки в системе «абатмент-имплантат-кость». Стоматология. 2016. Т. 95. № 1. С. 18-20.

---

Specific fractures of the diaphysis of the femur formed by a traumatic multicomponent bullet shot charge from a smoothbore carbine "Saiga 12k" at a distance in focus, visualization and theoretical study of the fragment formation mechanism about them

Author: P.V. Pinchuk¹, K.N. Krupin², V.V. Petrov³, S.V. Leonov⁴

¹ 111 main state center of medicolegal and criminalistic examinations; department of forensic medicine Pirogov Russian National Research Medical University of the Russian Ministry of Health
ORCID: 0000-0002-0223-2433, pinchuk1967@mail.ru

² Department of pathology and morphology (the head of the department – associate professor A.A. Supilnikov) Private educational of higher education "Medical university "REAVIZ"
ORCID: 0000-0001-6999-8524, konst.inn@gmail.com

³ Bureau of forensic medical examination of the Tomsk region
ORCID: 0000-0001-5889-1406, smailsme@yandex.ru

⁴ Department of forensic medicine and the medical right (the head of the department – the prof. P. O. Romodanovsky) A. I. Yevdokimov Moscow state university of medicine and Dentistry of the Russian Ministry of Health
ORCID: 0000-0003-04228-8973, sleonoff@inbox.ru

 

Abstract

When studying fire fractures of femurs at a shot in an emphasis the traumatic bullet charge from a smooth-bore carbine "the Saiga 12k" us has received false fragment which basis settles down on the party opposite to the place of influence. A research objective was establishment distribution of the power tension arising when forming changes of a femurs diaphysis caused by a shot from a distance in an emphasis a traumatic bullet charge from a smooth-bore carbine "Saiga 12k" and method of mathematical modeling to establish justification of the false fragment formation mechanism. The method of final elements has made modeling of process of destruction through ANSYS. At a comparative research of false fragment breaks and mathematical models of the intense deformed state full similarity of an arrangement of the division lines forming false fragment to lines of the maximum tension in bone model at mathematical modelling of the intense deformed state at high-speed loading is revealed by a blunt object with the limited spherical contacting surface perpendicular to the surface of a bone in her average third. Formation of femur false fragment on the party opposite to a shot, is explained by set of factors which are: big energy of an influence impulse, the special distribution of power tension causing shift on border of a plastic deformation zone on a diaphysis surface opposite to influence.

 

Keywords: firearms, a fractured femur, false fragment, mathematical modeling, traumatic, and multi-charge 12-gauge, shot at point blank range.

References

               

1. Leonov S.V., Pinchuk P.V., Rasnyuk S.V.. Vliyanie konstruktsionnykh osobennostej stvola tipa EVO na topografiyu raspredeleniya chastits porokha na misheni. Meditsinskaya ehkspertiza i pravo. №5 , 2016 g. S. 37-40. [In Russian]

2. Babakhanyan А.R., Isakov V.D., Nazarov V.YU. Sudebno-meditsinskaya ehkspertiza povrezhdenij, prichinennykh ehlastichnymi porazhayushhimi ehlementami: Posobie dlya vrachej sudebno-meditsinskikh ehkspertov. SPb: «Region-Pro», 2008. 24 s. [In Russian]

3. Sarkisyan B.А., Petrov V.V., Saprykin R.А. Diafizarnye perelomy dlinnykh trubchatykh kostej, prichinennye travmaticheskim, mnogoehlementnym pulevym zaryadom pri vystrele iz gladkostvol'nogo karabina «Sajga 12k»// Meditsinskaya ehkspertiza i pravo, №4, 2014g, str. 34-36. [In Russian]
4. Leonov S.V., Leonova E.N., Pinchuk P.V., Barinov E.KH. Biosopromat i fraktologiya v sudebnoj meditsine: uchebnoe posobie. YUrInfoZdrav. Moskva. 2016g, str. 70-105. [In Russian]

5. Bakhmet'ev V.I., Kryukov V.N., Novoselov V.P., Sarkisyan B.А., YAnkovskij V.EH. Diagnostikum mekhanizmov i morfologii perelomov pri tupoj travme skeleta. T.1. Mekhanizmy i morfologiya perelomov dlinnykh trubchatykh kostej. Novosibirsk: Nauka. 1996. str. 51-52. [In Russian]

6. Leonov S.V., Butuzova YU.P., Аnaliz napryazhenij, voznikayushhikh v sledovosprinimayushhem materiale pri vnedrenii kolyushhe-rezhushhego predmeta. Sudebno-meditsinskaya ehkspertiza. 2013. T. 56. № 2. S. 19-21. [In Russian]

7. Kislov M.А., Leonov S.V., Ispol'zovanie metoda konechnykh ehlementov dlya prognozirovaniya razrusheniya koloto-rezanykh povrezhdenij ploskikh kostej. Meditsinskaya ehkspertiza i pravo. 2016. № 3. S. 22-24. [In Russian]

8. Muraev А.А., Ivanov S.YU., Leonov S.V., Starostin P.V., CHugunov N.M. Konechno-ehlementnyj matematicheskij analiz raspredeleniya nagruzki v sisteme «abatment-implantat-kost'». Stomatologiya. 2016. T. 95. № 1. S. 18-20. [In Russian]

9. Pinchuk P.V., Krupin K.N., Panfilov D.А. Matematicheskoe modelirovanie travmiruyushhego vozdejstviya na bol'shebertsovuyu kost' dlya otsenki kharaktera pereloma. Med.ehkspertiza i pravo 2016; 5: 37-39 [In Russian]

10. Segerlind L. Primenenie metoda konechnykh ehlementov. M: Mir 1979; 392 [In Russian]

11. Sarkisyan B.A., Petrov V.V., Saprykin R.A. Osobennosti povrezhdenij kozhi i myagkih tkanej, prichinennyh vystrelami iz gladkostvol'nogo karabina "Sajga 12k" travmaticheskim, mnogoehlementnym pulevym zaryadom 12-go kalibra // Medicinskaya ehkspertiza i pravo, № 3, 2014 g., S. 23-27. [In Russian]

6. Leonov S.V., Pinchuk P.V., Krupin K.N., Panfilov D.A. Matematicheskoe modelirovanie travmiruyushchego vozdejstviya na bol'shebercovuyu kost' dlya ocenki uslovij obrazovaniya pereloma / Sudebno-medicinskaya ehkspertiza. 2017. T. 60. № 2. S. 11-13. [In Russian]

7. Pinchuk P.V., Krupin K.N., Panfilov D.A. Matematicheskoe modelirovanie slozhnonapryazhennogo sostoyaniya bol'shebercovoj kosti dlya ocenki haraktera pereloma / Medicinskaya ehkspertiza i pravo. 2016. № 6. S. 42-46. [In Russian]

8. Leonov S.V., Pinchuk P.V., Krupin K.N., Panfilov D.A. Differencial'naya diagnostika uslovij obrazovaniya pereloma metodom matematicheskogo modelirovaniya / Medicinskaya ehkspertiza i pravo. 2017. № 1. S. 24-28. [In Russian]

9. Leonov S.V., Krupin K.N., Petrov V.V. Osobennosti morfologii perelomov bol'shebercovyh kostej, prichinyonnyh vystrelom v upor mnogokomponentnym pulevym travmaticheskim zaryadom 12-go kalibra, s ustanovlennym metodom matematicheskogo modelirovaniya mekhanizmom ih formirovaniya / Vestnik sudebnoj mediciny. 2017. T. 6. № 3. S. 9-15. [In Russian]

10. Leonov S.V., Pinchuk P.V., Krupin K.N. Matematicheskoe modelirovanie vystrela gazoporohovoj strui pri vystrele iz stvola tipa EVO / Vestnik sudebnoj mediciny. 2017. T. 6. № 2. S. 8-11. [In Russian]

11. Gusarov A.A., Makarov I.YU., Emelin V.V., Fetisov V.A. Vozmozhnosti i perspektivy ispol'zovaniya trekhmernyh modelej v sudebnoj medicine / Medicinskaya ehkspertiza i pravo. 2017. № 4. S. 13-18. [In Russian]

12. Leonov S.V., Pinchuk P.V., Rasnyuk S.V. Vliyanie konstrukcionnyh osobennostej stvola tipa EVO na topografiyu raspredeleniya chastic poroha na misheni. Medicinskaya ehkspertiza i pravo. № 5 , 2016 g., S. 37-40. [In Russian]

13. Babahanyan A.R., Isakov V.D., Nazarov V.YU. Sudebno-medicinskaya ehkspertiza povrezhdenij, prichinennyh ehlastichnymi porazhayushchimi ehlementami: Posobie dlya vrachej sudebno-medicinskih ehkspertov. SPb: «Region-Pro», 2008. 24 s. [In Russian]

14. Sarkisyan B.A., Petrov V.V., Saprykin R.A. Osobennosti povrezhdenij kozhi i myagkih tkanej, prichinennyh vystrelami iz gladkostvol'nogo karabina "Sajga 12k" travmaticheskim, mnogoehlementnym pulevym zaryadom 12-go kalibra // Medicinskaya ehkspertiza i pravo, № 3, 2014 g., S. 23-27. [In Russian]

15. Sarkisyan B.A., Petrov V.V., Saprykin R.A. Diafizarnye perelomy dlinnyh trubchatyh kostej, prichinennye travmaticheskim, mnogoehlementnym pulevym zaryadom pri vystrele iz gladkostvol'nogo karabina «Sajga 12k» // Medicinskaya ehkspertiza i pravo, № 4, 2014 g., S. 34-36. [In Russian]

16. Leonov S.V., Leonova E.N., Pinchuk P.V., Barinov E.H. Biosopromat i fraktologiya v sudebnoj medicine: uchebnoe posobie. YUrInfoZdrav. Moskva. 2016 g., S. 70-105. [In Russian]

17. Bahmet'ev V.I., Kryukov V.N., Novoselov V.P., Sarkisyan B.A., YAnkovskij V.EH. Diagnostikum mekhanizmov i morfologii perelomov pri tupoj travme skeleta. T.1. Mekhanizmy i morfologiya perelomov dlinnyh trubchatyh kostej. Novosibirsk: Nauka. 1996. S. 51-52. [In Russian]

18. Leonov S.V., Butuzova YU.P., Analiz napryazhenij, voznikayushchih v sledovosprinimayushchem materiale pri vnedrenii kolyushche-rezhushchego predmeta. Sudebno-medicinskaya ehkspertiza. 2013. T. 56. № 2. S. 19-21. [In Russian]

19. Muraev A.A., Ivanov S.YU., Leonov S.V., Starostin P.V., CHugunov N.M. Konechno-ehlementnyj matematicheskij analiz raspredeleniya nagruzki v sisteme «abatment-implantat-kost'». Stomatologiya. 2016. T. 95. № 1. S. 18-20.