编织型非血管支架力学性能仿真及测试系统中关键技术的研究
发布时间：2017-09-10 05:16
本文关键词：编织型非血管支架力学性能仿真及测试系统中关键技术的研究
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【摘要】：随着介入放射学的发展的,用支架扩张治疗各种因病变而狭窄的管腔得到了越来越广泛地运用。支架可以用来扩张食管、尿道、气管、胆道、肠道等非血管管腔,也可用于扩展各种血管管腔。各种支架作为体内植入物,必然会受到环境的持续作用,如酸碱环境、周期性和非周期性的应力作用,人体管腔的特殊状态等,为了评价产品的安全性,必须对支架的力学性能进行数值仿真以及相关的体外试验,因此在此方面的研究也随之增加和深入。基于以上背景,本文完成如下的研究成果:(1)支架力学性能测试系统射流施压过程的数值仿真。根据流体力学的基础理论以及测试系统的需求,建立了数值仿真的方案;方案一研究相同射流距离下,环形加载装置进口压力值对支架所受压力的影响;方案二研究相同进口压力下,射流距离对支架所受压力的影响;在此基础上,研究了环形加载装置进口压力值、支架直径与施加在支架上的压力之间的关系,并对此关系拟合了曲线,获得了流场进口压力值、支架直径与施加在支架上的压力之间的数学表达式。(2)不同端部形状的食管支架的疲劳寿命的研究。完成了多种端部形状的编织型食管支架的参数化建模,根据食管支架的实际工作环境,建立支架工作状态下的有限元分析模型,设定了包括支架径向压缩模拟、蠕动波载荷等在内的合理的边界条件,完成了对结构参数最优的多种端部形状支架的疲劳分析,结果表示支架的疲劳寿命能达到临床需求。(3)测试系统控制模块和监测模块的设计。根据测试系统的控制需求,完成了对液压系统进口压力和导轨电机运动两个控制模块的总体方案的设计,并完成了对采集数据监测的监测模块的总体方案设计;根据设定的控制方案,完成各元器件的选型;实现了数字阀端部步进电机控制、丝杠端部直流电机控制、上位机下位机通信的硬件设计及软件编程;基于Labview软件,实现了通信以及数据采集的人机界面设计和程序设计。(4)试验测试以及结果分析。通过选择合理的试验材料,在获得材料的相关力学性能参数后,完成了支架所受径向压力测试试验,并将该试验数据与理论仿真结果进行比较分析;最后,完成了端部形状为杯球型、结构参数与数值仿真选用模型一致的支架的疲劳寿命测试试验,试验结果显示该支架的疲劳寿命符合临床需求。
【关键词】：编织型非血管支架 数值仿真 疲劳寿命 测试系统
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;TP274
【目录】：
- 致谢3-4
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 第一章 前言10-17
- 1.1 课题研究的背景及意义10-11
- 1.2 国内外研究现状11-15
- 1.2.1 支架力学性能的数值模拟研究现状12
- 1.2.2 支架力学性能测试方法及测试装置研究现状12-15
- 1.3 本课题的来源及研究内容15
- 1.4 论文的组织结构及章节安排15-17
- 第二章 测试系统射流加载数值仿真分析17-32
- 2.1 理论基础17-20
- 2.1.1 控制方程17-18
- 2.1.2 湍流模型18-19
- 2.1.3 壁面函数理论19
- 2.1.4 冲击射流流动特性分析19-20
- 2.2 数值仿真分析方案20-21
- 2.3 数值仿真21-29
- 2.3.1 几何模型21-22
- 2.3.2 网格划分22-24
- 2.3.3 域的设定24-25
- 2.3.4 边界条件设定25-26
- 2.3.5 求解器控制26-27
- 2.3.6 后处理27-29
- 2.4 结果分析29-31
- 2.5 本章小结31-32
- 第三章 不同端部形状的编织型非血管支架疲劳寿命分析32-42
- 3.1 引言32-34
- 3.1.1 编织型支架的结构特点32-33
- 3.1.2 参数化建模的特点33
- 3.1.3 Goodman准则33-34
- 3.2 支架疲劳寿命计算模型34-36
- 3.2.1 几何模型与材料特性34-35
- 3.2.2 网格划分35-36
- 3.2.3 边界条件36
- 3.3 支架工作状态下的模拟与疲劳分析评价36-41
- 3.3.1 支架工作状态下的模拟36-39
- 3.3.1.1 支架压缩模拟36-38
- 3.3.1.2 蠕动波施加38-39
- 3.3.2 支架疲劳分析39-41
- 3.4 本章小结41-42
- 第四章 测试系统控制模块和监测模块设计42-61
- 4.1 控制模块及监测模块总体设计42-45
- 4.1.1 控制模块及监测模块方案设计42-43
- 4.1.2 控制芯片选型43
- 4.1.3 电机选型43-44
- 4.1.4 电液数字阀选型44-45
- 4.1.5 压力传感器选型45
- 4.1.6 数据采集卡选型45
- 4.2 控制模块硬件设计45-50
- 4.2.1 最小系统45-46
- 4.2.2 电源电路46-47
- 4.2.3 串口电平转换电路47-48
- 4.2.4 蠕动波生成模块硬件电路48-49
- 4.2.5 压力控制模块硬件电路49-50
- 4.3 控制模块软件设计50-55
- 4.3.1 主程序51
- 4.3.2 I/O口初始化51-52
- 4.3.3 PWM输出初始化52-53
- 4.3.4 串口通信子程序53-54
- 4.3.5 电机运动控制子程序54-55
- 4.4 监测模块设计55-60
- 4.4.1 串口通信功能设计56-58
- 4.4.2 数据采集功能设计58-59
- 4.4.3 数据显示功能设计59
- 4.4.4 数据存储功能设计59-60
- 4.5 本章小结60-61
- 第五章 测试试验及数据分析61-70
- 5.1 系统实物61
- 5.2 支架所受压力测试试验61-68
- 5.2.1 试验的目的61-62
- 5.2.2 硅胶块弹性模量的测定试验62-63
- 5.2.3 硅胶块泊松比的测定试验63-66
- 5.2.4 支架表面所受压力测试试验66-68
- 5.3 支架疲劳性能测试试验68-69
- 5.3.1 试验步骤68
- 5.3.2 试验结果68
- 5.3.3 试验结果分析68-69
- 5.4 本章小结69-70
- 第六章 总结与展望70-73
- 6.1 工作总结70-71
- 6.2 研究展望71-73
- 研究生期间申请的专利73-74
- 参考文献74-78
- 附录78-82
- 电路图78-79
- 电路板79-80
- 前面板80-81
- 程序框图81-82
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李映坤;韩s，
本文编号：824950
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/824950.html
