小腿残肢/接受腔摩擦界面的三维建模及有限元分析
发布时间：2021-03-03 19:16
安装假肢是截肢患者恢复活动能力和外观的主要康复手段。患者穿戴假肢时,残肢与接受腔形成的接触界面,是截肢患者肢体残端和假肢之间载荷传递的惟一通道,其设计合理与否直接关系到假肢的适配性和患者的安全和舒适程度。因此,研究残肢与接受腔接触界面的应力状态及摩擦学行为对于假肢界面优化设计和提高残疾人的生活质量具有重要的理论和现实意义。本文以志愿者小腿残肢接受腔系统为研究对象,基于CT断层扫描数据,利用反求技术和有限元方法建立了骨骼、软组织以及假肢接受腔的三维有限元模型,分别施加Heel Strike、 Foot Flat、 Mid-Stance、 Heel Off和Toe Off五个典型步态时相的载荷,分析残肢皮肤在一个步态周期内的应力、滑移量变化,确定最大临界参数；借助UMT-II多功能摩擦磨损试验机,模拟残肢皮肤和接受腔摩擦接触,研究皮肤在步态周期临界参数下的摩擦学行为特性变化。综合有限元和实验两部分,其主要工作和结论如下：1.残肢与接受腔接触界面主要传递正应力和剪切应力,摩擦力引起剪切应力；正压力和摩擦力共同起支撑残肢的作用；尽管摩擦力的存在以及界面的相对运动会引起残肢皮肤的损伤,但是摩擦力...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 假肢接受腔的结构和作用
1.2.1 假肢的分类和结构
1.2.2 接受腔的设计和作用
1.3 残肢/接受腔接触界面研究
1.3.1 实验测量
1.3.2 有限元仿真
1.4 皮肤摩擦学研究
1.4.1 皮肤摩擦学相关理论
1.4.2 残肢皮肤摩擦学问题
1.5 选题意义和研究内容
1.5.1 选题意义
1.5.2 研究内容
第2章 残肢/接受腔摩擦接触数学建模
2.1 计算模型的建立
2.2 计算参数
2.3 计算结果和分析
第3章 残肢/接受腔摩擦接触三维建模
3.1 残肢/接受腔三维建模的总体框架
3.2 数字图像采集
3.3 采集原理
3.3.1 采集对象和设备
3.3.2 采集方法和结果
3.4 图像处理和体数据重建
3.5 逆向曲面建模
3.5.1 逆向工程技术原理
3.5.2 使用软件及流程
3.5.3 残肢/接受腔系统曲面建模
3.6 本章小结
第4章 残肢/接受腔摩擦接触有限元分析
4.1 有限元法
4.1.1 有限元法基本思想和理论
4.1.2 有限元软件ABAQUS及其分析流程
4.2 残肢/接受腔摩擦接触的有限元模型
4.2.1 单元类型及网格划分
4.2.2 材质属性定义
4.2.3 力加载和边界条件
4.3 接触和约束
4.4 有限元分析结果
4.4.1 接触界面正应力分析
4.4.2 接触界面切应力和摩擦力分析
4.4.3 摩擦接触状态分析
4.5 本章小结
第5章 摩擦学实验
5.1 软组织弹性模量测试
5.1.1 实验设备和方法
5.1.2 实验结果和分析
5.2 摩擦学测试
5.2.1 试验设备和方法
5.2.2 实验结果和分析
5.3 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]小腿假肢接受腔计算机三维模型的构建[J]. 张绍岚,李古强,邵长庆. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(48)
[2]生物力学用于假肢性能评价的研究进展[J]. 赖卿,曹学军. 中国康复理论与实践. 2010(01)
[3]假肢接受腔界面应力的有限元分析[J]. 曾育山. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(35)
[4]摩擦对兔皮肤损伤的研究[J]. 李炜,屈树新,孔梅,周仲荣. 生物医学工程学杂志. 2008(02)
[5]有限单元法在基础设计中的应用[J]. 景卫岐,袁宝远,陈金国,王洪彪. 吉林建筑工程学院学报. 2007(04)
[6]逆向工程软件及其选型[J]. 马金河,王芊. 机械工程师. 2007(05)
[7]一种加工假肢接受腔阳模刀位点算法的实现[J]. 郭宏,李晓豁. 辽宁工程技术大学学报. 2005(S1)
[8]膝下残肢界面应力准动态有限元模型研究[J]. 贾晓红,方丽丹,张明,王人成. 中国康复医学杂志. 2005(07)
[9]小腿残肢与假肢接受腔界面应力的理论研究[J]. 方丽丹,贾晓红,窦鹏. 中国康复医学杂志. 2005(07)
[10]惯性载荷对截肢患者残肢/接受腔界面应力的影响研究[J]. 贾晓红,张明,王人成,樊瑜波. 生物医学工程学杂志. 2005(03)
博士论文
[1]骨质疏松脊椎有限元模型的建立及临床应用[D]. 李秋军.北京协和医学院 2009
[2]皮肤的往复滑动摩擦特性研究[D]. 李炜.西南交通大学 2007
[3]下肢假肢接受腔生物力学评价及CAE技术研究[D]. 蒲放.四川大学 2002
硕士论文
[1]人体皮肤摩擦感知及其量化评定研究[D]. 庞强.西南交通大学 2013
[2]界面压力可控式假肢接受腔设计[D]. 甘云.上海交通大学 2013
[3]去角质洗面奶对皮肤摩擦性能的影响研究[D]. 翟正绘.西南交通大学 2012
[4]基于EMG-KJA神经肌骨动力学模型的下肢动作模式识别及运动轨迹预测[D]. 刘秀云.天津大学 2012
[5]基于CT技术的苹果内部品质无损检测研究[D]. 黄滔滔.浙江大学 2012
[6]医学图像三维可视化体绘制算法研究[D]. 巫乾军.兰州理工大学 2011
[7]医学超声图像的三维可视化研究[D]. 伍炼.哈尔滨工业大学 2008
[8]在普通计算机上利用CT二维图像进行颌面部三维重建的研究[D]. 张国文.青岛大学 2008
[9]人体皮肤与常用假肢材料摩擦学性能的研究[D]. 孔梅.西南交通大学 2007
[10]软组织的杨氏模量测量方法的研究[D]. 王风港.天津大学 2007
本文编号：3061789
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 假肢接受腔的结构和作用
1.2.1 假肢的分类和结构
1.2.2 接受腔的设计和作用
1.3 残肢/接受腔接触界面研究
1.3.1 实验测量
1.3.2 有限元仿真
1.4 皮肤摩擦学研究
1.4.1 皮肤摩擦学相关理论
1.4.2 残肢皮肤摩擦学问题
1.5 选题意义和研究内容
1.5.1 选题意义
1.5.2 研究内容
第2章 残肢/接受腔摩擦接触数学建模
2.1 计算模型的建立
2.2 计算参数
2.3 计算结果和分析
第3章 残肢/接受腔摩擦接触三维建模
3.1 残肢/接受腔三维建模的总体框架
3.2 数字图像采集
3.3 采集原理
3.3.1 采集对象和设备
3.3.2 采集方法和结果
3.4 图像处理和体数据重建
3.5 逆向曲面建模
3.5.1 逆向工程技术原理
3.5.2 使用软件及流程
3.5.3 残肢/接受腔系统曲面建模
3.6 本章小结
第4章 残肢/接受腔摩擦接触有限元分析
4.1 有限元法
4.1.1 有限元法基本思想和理论
4.1.2 有限元软件ABAQUS及其分析流程
4.2 残肢/接受腔摩擦接触的有限元模型
4.2.1 单元类型及网格划分
4.2.2 材质属性定义
4.2.3 力加载和边界条件
4.3 接触和约束
4.4 有限元分析结果
4.4.1 接触界面正应力分析
4.4.2 接触界面切应力和摩擦力分析
4.4.3 摩擦接触状态分析
4.5 本章小结
第5章 摩擦学实验
5.1 软组织弹性模量测试
5.1.1 实验设备和方法
5.1.2 实验结果和分析
5.2 摩擦学测试
5.2.1 试验设备和方法
5.2.2 实验结果和分析
5.3 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]小腿假肢接受腔计算机三维模型的构建[J]. 张绍岚,李古强,邵长庆. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(48)
[2]生物力学用于假肢性能评价的研究进展[J]. 赖卿,曹学军. 中国康复理论与实践. 2010(01)
[3]假肢接受腔界面应力的有限元分析[J]. 曾育山. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(35)
[4]摩擦对兔皮肤损伤的研究[J]. 李炜,屈树新,孔梅,周仲荣. 生物医学工程学杂志. 2008(02)
[5]有限单元法在基础设计中的应用[J]. 景卫岐,袁宝远,陈金国,王洪彪. 吉林建筑工程学院学报. 2007(04)
[6]逆向工程软件及其选型[J]. 马金河,王芊. 机械工程师. 2007(05)
[7]一种加工假肢接受腔阳模刀位点算法的实现[J]. 郭宏,李晓豁. 辽宁工程技术大学学报. 2005(S1)
[8]膝下残肢界面应力准动态有限元模型研究[J]. 贾晓红,方丽丹,张明,王人成. 中国康复医学杂志. 2005(07)
[9]小腿残肢与假肢接受腔界面应力的理论研究[J]. 方丽丹,贾晓红,窦鹏. 中国康复医学杂志. 2005(07)
[10]惯性载荷对截肢患者残肢/接受腔界面应力的影响研究[J]. 贾晓红,张明,王人成,樊瑜波. 生物医学工程学杂志. 2005(03)
博士论文
[1]骨质疏松脊椎有限元模型的建立及临床应用[D]. 李秋军.北京协和医学院 2009
[2]皮肤的往复滑动摩擦特性研究[D]. 李炜.西南交通大学 2007
[3]下肢假肢接受腔生物力学评价及CAE技术研究[D]. 蒲放.四川大学 2002
硕士论文
[1]人体皮肤摩擦感知及其量化评定研究[D]. 庞强.西南交通大学 2013
[2]界面压力可控式假肢接受腔设计[D]. 甘云.上海交通大学 2013
[3]去角质洗面奶对皮肤摩擦性能的影响研究[D]. 翟正绘.西南交通大学 2012
[4]基于EMG-KJA神经肌骨动力学模型的下肢动作模式识别及运动轨迹预测[D]. 刘秀云.天津大学 2012
[5]基于CT技术的苹果内部品质无损检测研究[D]. 黄滔滔.浙江大学 2012
[6]医学图像三维可视化体绘制算法研究[D]. 巫乾军.兰州理工大学 2011
[7]医学超声图像的三维可视化研究[D]. 伍炼.哈尔滨工业大学 2008
[8]在普通计算机上利用CT二维图像进行颌面部三维重建的研究[D]. 张国文.青岛大学 2008
[9]人体皮肤与常用假肢材料摩擦学性能的研究[D]. 孔梅.西南交通大学 2007
[10]软组织的杨氏模量测量方法的研究[D]. 王风港.天津大学 2007
本文编号：3061789
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