用于创口清洗的超声波变幅杆优化设计与研究

发布时间：2017-04-14 07:20

  本文关键词：用于创口清洗的超声波变幅杆优化设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会经济的增长,生活水平的提高,交通意外发生率的上升,创伤逐渐成为一种高致死致残率的病症。超声波是指频率超过20kHz的声波,可以引发一系列效应。清创术是对伤口的愈合具有显著效果的一种基本创口处理手术。将超声技术与清创技术相结合,应用于清洗被污染的创伤部位,可以缩短伤口愈合周期,减少创伤患者的痛苦,进而可以有效减少创伤对个人乃至国家所造成的损失。针对超声清创临床使用中遇到如下问题:1、清创效果需提升;2、杆体消毒清洗不便;3、变幅杆较长时钻孔难度较大。本文优化设计了用于创口清洗的超声波变幅杆。首先,为了进一步提高超声清创的效果,本文对端面结构进行了改进;其次,为了方便更换和消毒,本文提出截断设计,使变幅杆变成可拼接的两截杆体。一方面要求截断位置在其形变量最小处,来保证杆体的稳定性;另一方面本文设计调整截断位置尽量靠近全杆的二分之一处,来减少钻孔的最大距离,降低加工难度。论文首先分析超声波源性能参数、液体媒介以及空化汽泡初始半径改变时对超声空化效应的影响,分析结果用来指导对超声波变幅杆端面结构改进以及杆体外形设计。接着仿真计算了超声波经过端面结构后的声场分布,对比端面结构变化对声负压区域面积和极值的影响,选择圆弧凹入结构为本文所需的端面结构。随后通过等效四端网络法计算了传统变幅杆在谐振长度下的性能参数,同时对传统变幅杆模型进行仿真计算,对比计算结果表明过渡圆锥复合变幅杆是传统变幅杆中最为贴近设计要求的。考虑到过渡圆锥在截断位置上的不足之处,在其基础上利用样条曲线模拟过渡圆锥外形,通过遗传算法来优化模拟后的变幅杆外形。从工作效率、稳定性、加工难度三个方面分析优化设计后的变幅杆,最终确定优化后的样条曲线变幅杆为最符合本文要求的外形改进设计方案。
【关键词】：超声清创 空化效应 超声波变幅杆 有限元仿真 遗传算法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789;TB559
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 超声清洗技术10-14
• 1.2.1 超声清洗的原理10-11
• 1.2.2 超声清洗在清创手术中应用11-12
• 1.2.3 超声清创仪器的发展现状12-13
• 1.2.4 超声空化数值仿真研究近况13
• 1.2.5 超声波变幅杆外形设计方法13-14
• 1.3 论文的主要内容和规划14-17
• 1.3.1 论文的目的及要求14-15
• 1.3.2 论文的主要内容15
• 1.3.3 论文的规划15-17
• 2 超声清创空化效应研究17-25
• 2.1 超声清创机理17-18
• 2.1.1 影响超声清创的因素17-18
• 2.1.2 超声清创效率评定18
• 2.2 影响超声清创中空化效应强弱的因素18-24
• 2.2.1 单空化汽泡运动模型18-19
• 2.2.2 超声波频率对单泡空化效应的影响19-20
• 2.2.3 超声波声压强度对单泡空化效应的影响20-22
• 2.2.4 汽泡初始半径对单泡空化效应的影响22-23
• 2.2.5 液体介质粘度以及环境压力对单泡空化效应的影响23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 超声波变幅杆端面结构25-31
• 3.1 引言25
• 3.2 超声波变幅杆端面结构模型25-27
• 3.2.1 软件简介25
• 3.2.2 模型设计25-27
• 3.3 端面结构改进27-29
• 3.3.1 模型改进设计27
• 3.3.2 效果评定与分析27-29
• 3.4 本章小结29-31
• 4 传统变幅杆外形优化设计31-59
• 4.1 引言31
• 4.2 清创用变幅杆相关性能参数31-32
• 4.3 超声波变幅杆设计方法32-35
• 4.3.1 传统解析法32-33
• 4.3.2 等效四端网络法33-35
• 4.4 软件介绍及变幅杆仿真35-36
• 4.4.1 软件介绍35
• 4.4.2 杆体建模及仿真步骤35-36
• 4.5 基本形状变幅杆设计36-43
• 4.5.1 阶梯形态变幅杆36-38
• 4.5.2 圆锥形态变幅杆38-39
• 4.5.3 指数形态变幅杆39-41
• 4.5.4 悬链线形态变幅杆41-42
• 4.5.5 讨论42-43
• 4.6 复合形变幅杆设计43-58
• 4.6.1 过渡指数复合变幅杆44-46
• 4.6.2 过渡圆锥复合变幅杆46-48
• 4.6.3 过渡悬链复合变幅杆48-51
• 4.6.4 过渡高斯复合变幅杆51-52
• 4.6.5 宽端指数复合变幅杆52-55
• 4.6.6 窄端圆锥复合变幅杆55-56
• 4.6.7 讨论56-58
• 4.7 本章小结58-59
• 5 参数曲线外形优化设计59-67
• 5.1 引言59-60
• 5.1.1 贝塞尔曲线59-60
• 5.1.2 样条曲线60
• 5.2 遗传算法60-61
• 5.3 贝塞尔形变幅杆61-63
• 5.4 样条曲线形变幅杆63-64
• 5.5 讨论64-65
• 5.6 本章小结65-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-77
• 附录77
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：305508