当前位置:主页 > 科技论文 > 仪器仪表论文 >

超声汽化蒸汽驱动的膀胱动力泵元件结构设计与研究

发布时间:2018-10-22 17:18
【摘要】:因神经源性膀胱所引起的排尿功能障碍,不仅会给患者生活和工作带来极大的不便,也易引发患者泌尿系统感染、结石、肾积水等病症,影响患者的生活质量和寿命。该病通常难以用药物或手术治愈,必须采取人工辅助排尿措施。针对因神经源性膀胱引发的排尿功能障碍的问题,课题前期提出了一种超声汽化蒸汽驱动的膀胱动力泵,其中机架和尿道阀是泵的重要组成元件。为了合理设计膀胱动力泵的结构,本文设计了膀胱动力泵机架和尿道阀,并对其结构进行了有限元仿真分析,建立了尿道阀的数学模型,仿真和实验验证了数学模型的有效性,开展了尿道阀特性实验研究和膀胱动力泵辅助排尿模拟实验研究,提出了膀胱动力泵的可靠性仿真算法,研究了膀胱动力泵的可靠性。具体工作内容如下:根据人体生理结构特点和膀胱动力泵组成原理,设计了膀胱动力泵机架和尿道阀的结构,选择了与人体生理组织相容结构的主要材料。利用Solidworks软件和ANSYS Workbench软件建立了机架和尿道阀的三维实体模型和有限元模型,对机架进行了静力学分析、模态分析和优化设计,仿真和实验研究了驱动力对尿道阀开口量的影响,仿真分析了尿道阀的结构以及不同材料和受力方式对尿道阀开口量的影响。基于超声学、热力学和流体力学理论,建立了尿道阀的驱动力和尿流率数学模型。设计并搭建了模拟实验平台,实验验证了驱动力数学模型和尿流率数学模型的有效性。利用Matlab和模拟实验平台仿真和实验分析了不同超声控制参数对尿道阀驱动特性的影响,实验验证了尿道阀的启闭特性良好,制作了膀胱动力泵的物理模型,开展了膀胱动力泵的辅助排尿模拟实验研究。根据膀胱动力泵的结构特点和工作原理,利用故障树分析法建立并分析了膀胱动力泵的故障树。基于故障树分析结合蒙特卡罗法,提出了膀胱动力泵的可靠性仿真算法,仿真计算了膀胱动力泵的可靠性指标,通过理论计算验证了可靠性仿真算法的有效性。研究结果表明:所设计的膀胱动力泵机架和尿道阀具有符合人体生理结构的特点,选用钛合金和硅橡胶材料作为机架和尿道阀的材料是可行的;尿道阀的数学模型和膀胱动力泵的可靠性仿真算法简单有效;增大超声控制参数可以提高尿道阀的驱动特性,尿道阀的启闭特性良好,膀胱动力泵的辅助排尿性能良好;膀胱动力泵平均寿命达到80000次的可靠度为0.88。研究结果可为进一步设计优化膀胱动力泵元件结构和提高系统的可靠性提供依据,也可为其它人体可植入式元件的设计提供重要参考。
[Abstract]:Urinary dysfunction caused by neurogenic bladder will not only bring great inconvenience to patients' life and work, but also easily lead to urinary tract infection, stone, hydronephrosis and other diseases, which will affect the quality of life and life span of patients. The disease is usually difficult to cure with drugs or surgery, and must be assisted with micturition. In order to solve the problem of urinary dysfunction caused by neurogenic bladder, a bladder dynamic pump driven by ultrasonic vaporization steam was proposed, in which the rack and the urethral valve were important components of the pump. In order to design the structure of bladder power pump reasonably, this paper designs the frame of bladder power pump and urethral valve, and carries on the finite element simulation analysis to its structure, establishes the mathematical model of the urethral valve, and verifies the validity of the mathematical model by simulation and experiment. The experiments of urethral valve characteristics and bladder dynamic pump assisted urination simulation were carried out. The reliability simulation algorithm of bladder dynamic pump was put forward and the reliability of bladder dynamic pump was studied. The main contents are as follows: according to the characteristics of human physiological structure and the principle of bladder dynamic pump, the structure of bladder power pump frame and urethral valve is designed, and the main materials compatible with human physiological tissue are selected. The three-dimensional solid model and finite element model of frame and urethral valve were established by using Solidworks software and ANSYS Workbench software. The static analysis, modal analysis and optimization design of the frame were carried out. The influence of driving force on the opening of urethral valve was studied by simulation and experiment. The structure of urethral valve and the influence of different material and force on the opening of urethral valve were analyzed. Based on the theories of ultrasound, thermodynamics and fluid mechanics, a mathematical model of the driving force and flow rate of urethral valve was established. A simulation experiment platform was designed and built to verify the validity of the driving force mathematical model and the urine flow rate mathematical model. The effects of different ultrasonic control parameters on the driving characteristics of the urethral valve were analyzed by Matlab and simulation platform. The good opening and closing characteristics of the urethral valve were verified, and the physical model of the bladder power pump was made. An experimental study on assisted urination simulation of bladder dynamic pump was carried out. According to the structure characteristics and working principle of bladder dynamic pump, the fault tree of bladder dynamic pump was established and analyzed by fault tree analysis. Based on fault tree analysis and Monte Carlo method, the reliability simulation algorithm of bladder dynamic pump is proposed. The reliability index of bladder dynamic pump is simulated and calculated. The validity of reliability simulation algorithm is verified by theoretical calculation. The results show that the designed bladder power pump rack and urethral valve have the characteristics of human physiological structure, and it is feasible to select titanium alloy and silicone rubber as the materials of the frame and urethral valve. The mathematical model of urethral valve and the reliability simulation algorithm of bladder power pump are simple and effective, the driving characteristics of urethral valve can be improved by increasing ultrasonic control parameters, the opening and closing characteristics of urethral valve are good, and the auxiliary urination performance of bladder power pump is good. The average life span of bladder power pump was 0.88 when it reached 80000 times. The results can provide a basis for further design and optimization of bladder power pump components and improve the reliability of the system, and also provide important reference for the design of other implantable components in human body.
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH789

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 郭成彬;国际超声会议将在印度举行[J];应用声学;1999年05期

2 董彦武;;超声在工业中的应用概况[J];陕西师大学报(自然科学版);1985年01期

3 尔仁;《超声学》出版[J];应用声学;1991年04期

4 王丽生;英国ULTRASONICS期刊消息[J];应用声学;1992年04期

5 吴慎山,刘晓凯;超声及其应用[J];常熟高专学报;2004年04期

6 肖永军;杨卫平;李尧忠;刘瑞;;新型超声旋转磨削装置的研制[J];机械工程师;2007年03期

7 应崇福;激光超声的原理及其在固体中的应用[J];物理;1996年06期

8 张海澜;2003年世界超声大会在巴黎举行[J];应用声学;2003年06期

9 张碧星;;2012年IEEE国际超声会议在德国德累斯顿召开[J];应用声学;2012年06期

10 肖永军;杨卫平;李尧忠;刘瑞;;旋转超声磨削装置的研制[J];制造技术与机床;2007年06期

相关会议论文 前8条

1 陈文奎;;青海超声分会回顾[A];中国超声医学发展回顾与展望——庆祝中国超声诊断50年征文选编[C];2008年

2 唐红;;四川省超声医学工程学会发展史[A];中国超声医学发展回顾与展望——庆祝中国超声诊断50年征文选编[C];2008年

3 任华;张再沛;胡兵;;21世纪医学影像学教材中超声学的重大改革及教学实践体会[A];全国医学影像技术学术会议(CMIT-2004)论文汇编[C];2004年

4 黄梅英;;超声引导下射频治疗子宫肌瘤疗效观察与护理[A];全国妇产科护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2007年

5 傅跃先;章跃滨;唐毅;全学模;邱林;田晓菲;刘燕;甘立强;;中国儿童皮肤厚度的超声学初步测量研究[A];第五届全国烧伤救治专题研讨会烧伤后脏器损害的临床救治论文汇编[C];2007年

6 李明轩;;检测超声[A];中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集[C];2006年

7 陈启敏;吕海涛;院建岗;;医学超声治疗的基本原理及其应用[A];2005年全国超声医学工程学术会议论文集[C];2005年

8 赵劲民;刘军廷;;带腓肠神经远端筋膜蒂皮瓣蒂部血管的超声学和解剖学观察[A];第六届西部骨科论坛暨贵州省骨科年会论文汇编[C];2010年

相关重要报纸文章 前2条

1 杨虚杰;应崇福:科研有道[N];大众科技报;2010年

2 ;超声技术帮助医生准确诊疗[N];保健时报;2005年

相关博士学位论文 前2条

1 任思源;超声法气体温度场的TSR算法重建及实验研究[D];华北电力大学;2015年

2 刘玲君;基于射线理论的超声层析成像方法研究[D];华南理工大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 东鑫渊;超声谐振器在传感器测距中应用分析[D];西安建筑科技大学;2014年

2 聂帆宇;超声汽化蒸汽驱动的膀胱动力泵元件结构设计与研究[D];广东工业大学;2016年

3 黄志鹏;便携式超声清创仪的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 万志远;超声骨传导人工听觉装置的研究[D];东北大学;2006年

5 章跃滨;儿童皮肤厚度的超声学初步测量研究[D];重庆医科大学;2006年

6 罗敏慧;超声无损探测中光致声波的原理及应用[D];电子科技大学;2007年

7 张跃;基于伪随机调频脉冲序列的超声串扰消除方法研究[D];天津大学;2006年

8 叶发根;径扭复合型超声马达的研究[D];陕西师范大学;2010年

9 王磊;超声电源匹配特性的研究[D];太原理工大学;2014年

10 王宇翔;MEMS超声分离器二维声场与制作工艺研究[D];电子科技大学;2009年



本文编号:2287804

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/2287804.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户244ce***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com