超声辅助钻削皮质骨的仿真与试验研究

发布时间：2020-05-19 13:02

【摘要】：随着社会的发展和居民生活水平的提高,人们越来越关注自身的健康问题。由于运动损伤、交通事故、年龄增长等因素使骨骼骨折成为日常生活中常见的一种疾病,内固定是医疗上常用的治疗骨折的一种方式,内固定的过程中需要对骨进行预钻孔,以便植入固定物,但进行骨钻削的过程中过大的轴向力会引起皮质骨产生裂纹或者引起骨组织损伤,为了降低钻削过程中的轴向力,提高钻孔的质量,本文引入了超声辅助钻削技术,从理论上对超声辅助钻削机理进行了分析,并通过有限元仿真和试验对比研究了超声辅助钻削皮质骨与普通钻削皮质骨的异同,最后利用Minitab软件对超声辅助钻削皮质骨的轴向力进行了优化。具体的研究内容如下:(1)通过对超声轴向辅助钻削的运动学分析,建立了轴向振动钻削的运动学方程,并得到了超声振动钻削过程中切削刃上任意点的切削速度、轨迹长度和切削厚度;然后分析了超声辅助钻削过程中的分离冲击,断屑和振动减摩机理。(2)基于ABAQUS有限元分析软件对超声辅助钻削皮质骨进行了有限元分析,将三维的钻削模型简化为二维的切削模型,研究了传统钻削和超声辅助钻削的应力场,并引入切削度的概念,对比分析了传统钻削和超声辅助钻削过程中皮质骨切削局部应力状态随时间的变化。(3)设计并进行了皮质骨钻削的单因素试验,利用Kister 9129AA测力仪,Taylor Hobson Talysurf i-Series 5粗糙度轮廓仪等仪器设备,研究了传统钻削和超声辅助钻削两种不同的钻削方式对皮质骨的轴向力,切屑形态和表面粗糙度的影响。(4)使用Minitab软件设计并进行中心复合试验,分析了钻削转速、进给量、超声频率与幅值四个参数对轴向力的影响,然后基于响应面法建立了超声辅助钻削皮质骨轴向力的预报模型,并对模型进行了方差分析,最后对参数进行了优化。
【图文】：

第一章 绪论第一章 绪论课题研究背景、意义与目的是人身体上重要的构成部分，具有高的强度、刚度和断裂韧性，起到支撑作用。然而，交通事故、跌倒、运动损伤等经常引起骨折的发生，临床上固定两种治疗骨折的手段，对于轻微骨折患者进行骨的外固定，利用骨的-骨膜（外表面）和骨内膜（接触骨髓的内表面）提供成骨细胞，努力弥合较严重的骨折患者必须利用手术的方法进行骨的内固定，进行内固定的常需要对骨进行预钻孔操作，以便植入固定装置，像螺钉、髓内钉和固定断端，但骨钻削过程中过高的切削力会损伤骨组织，引起一系列手术并的术后康复，严重的甚至会导致患者残疾，如图 1-1 所示为骨折内固定前。

第一章 绪论坏骨组织中细胞的生长与分布，造成不同程度能。对于轻微的骨组织损伤可以通过骨组织细自行康复；当损伤程度较大时，骨钻孔周围的的再生能力，，造成不可恢复的骨损伤，严重的于金属材料的钻削，不仅要达到钻孔的目的还免造成骨组织的损伤。削（UAD）是在钻削的进给方向施加高频、低削技术从微观上来看是一种断续的脉冲切削加的有效接触时间，降低产生的切削热和切削部淳一郎教授和中央大学的岛川正宪教授提加工、研磨抛光等机械加工领域取得了良好的削能有效降低切削力、切削热、提高加工工件具的磨损，改善切削状态，提高切削性能[6]，
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH777

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本文编号：2670928