Применение математической модели нижней конечности человека для моделирования ударно-волнового воздействия контактного взрыва

Обосновывается имитационная конечно-элементная модель процесса разрушения биоматериалов опорно-двигательного аппарата человека при ударно-волновом воздействии контактного взрыва для прогнозирования характера и объема повреждения нижних конечностей человека, в том числе при проектировании специальной взрывозащитной обуви. Анализируются научные данные, описывающие физико-механические свойства биологических тканей нижних конечностей человека и их поведение при локальном ударно-волновом воздействии. Осуществлен подбор механического поведения для каждого биологического материала в составе математической модели нижней конечности человека. Обоснована оригинальная конечно-элементная модель нижней конечности человека с настроенным взаимодействием основных составляющих ее анатомических структур друг с другом. Проведена верификация разработанной расчетной модели с данными, полученными по результатам экспериментов с механическим и ударно-волновым воздействием. Создана специализированная программа обработки полученных данных, в которой реализован алгоритм обработки получаемых графических изображений изменений показателей давлений и ускорений во времени, с целью получения кривых толерантности. Проведен ряд численных расчетов, имитирующих контактный подрыв через защитную композицию разработанной модели нижней конечности. По результатам проведенных расчетов получены кривые толерантности давлений и ускорений, созданы анимации поведения анатомических структур нижней конечности человека при ударно-волновом воздействии, получена визуализация распространения поля давлений в них. В перспективе представленная методика проведения «виртуальных» испытаний может применяться для решения ряда прикладных вопросов тестирования средств защиты нижних конечностей сапера на этапе их разработки. В целом применение методик компьютерного моделирования будет способствовать сокращению времени и затрат на производство новых образцов защитных изделий в интересах обороноспособности страны.