文档介绍：广东工业大学
硕士学位论文
膀胱动力泵虚拟样机设计及其特性研究
姓名:王秀英
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:李笑
20100601
摘要相对距离从永磁体与铁芯水平相对距离召、永磁体数量Ⅳ、永磁体与电磁铁铁芯相对人体控制排尿的中枢神经或周围神经受到损害后会引起膀胱排尿功能障碍,为解决病人的膀胱排尿功能障碍问题,采用体外电磁驱动膀胱动力泵辅助排尿成为一种有效方法。膀胱泵是一种新型的以体外电磁力驱动膀胱实现排尿的动力装置,其基本原理是电磁铁吸引永磁体,产生磁场吸力以驱动柔性带,增加膀胱内压,实现膀胱排尿。为了提高设计质量和效率,降低研发成本,缩短开发周期,本论文设计了膀胱动力泵虚拟样机,并以该样机为基础,对膀胱泵的电磁驱动特性和排尿特性进行了仿真研究。本课题主要完成内容如下:根据膀胱动力泵的工作原理及人体生理特点,确定了膀胱动力泵驱动特性和排尿动力特性的影响参数。依据上述影响参数,应用软件建立了膀胱动力泵虚拟样机参数化三维P汀选用命令流编写了参数化的程序,实现了虚拟样机有限元模型的建立与分析,包括导入了P汀⒉问至送瘛⒉问ㄒ辶瞬牧稀⒉问ㄒ辶载荷和边界条件、设定了物理环境、,并完成了后处理。基于建立的虚拟样机,完成了控制参数缌鱀和结构参数来盘逵胩敬怪角度⒂来盘寮渚郈、永磁体厚度缘绱帕、膀胱压力⒆畲竽蛄髀蔳噎影响的仿真试验与分析。研究结果表明:增加电磁铁驱动电流和永磁体厚度有利于提高电磁力、膀胱压力和最大尿流率;永磁体与电磁铁垂直相对距离、永磁体与电磁铁夹角的增大会减小膀胱压力和最大尿流率;合理选取永磁体间距、永磁体与电磁铁水平相对距离有利于改善初始状态下电磁力、膀胱压力和最大尿流率;永磁体数量从两块增加到三块对最大尿流率影响较小,但有利于改善膀胱动力泵工作连续性。本文设计的虚拟样机能够直观地反应膀胱动力泵模型的形状,可以模拟在膀胱动力泵辅助下膀胱排尿的运动过程,并能够对膀胱动力泵在各种工况下的驱动特性和排
尿动力特性进行仿真分析,分析研究结果为以后膀胱动力泵的优化设计和模拟实验研究提供指导。关键词:膀胱动力泵;虚拟样机;有限元;籗广东工业大学硕士学位论文Ⅱ
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第一章绪论帚一早珀下匕研究背景和意义正常情况下,当人体储尿量达到~焙颍窬桶螂准∪饩突嵝髋合让膀胱收缩,增加膀胱压力,实现排尿。当意外导致的大脑或脊髓损伤等损害了控制排尿的神经或神经通路时,便会引起病人膀胱排尿功能障碍,即神经原性膀胱,产生尿失禁或排尿困难、尿潴留等临床症状。治疗该病具有较大的难度,目前临床上主要采用药物、电刺激、手术及体神经反射治疗方法或采用腹压、引流及转流等辅助排尿措施。这些治疗方法的疗效均不理想。解决膀胱排尿功能障碍问题,仍是国际医学界公针对神经原性膀胱导致病人生活障碍和引发并发症等问题,在分析现有治疗方法及辅助排尿措施基础上,文献】提出了应用体外电磁驱动的膀胱动力泵辅助膀胱排尿的方法。该电磁泵通过电磁铁产生的电磁场对磁动子上的永磁体产生驱动力,调节尿道口和输尿管口的开闭以及膀胱压力大小,达到控制排尿的目的。为深入研究该泵的工作原理及其排尿动力特性,有必要对其设计内容进行实验验证并优化。由于该设备部分将置入人体内部,较难实现临床实验;人体本身的复杂性与多变性,模拟人体真实环境的精确物理实验需要采集大量相关数据,数据采集也较为困难;精确模型的物理实验周期长,成本高,实验效率低,在设计初期建立真实的精确物理样机较盲目;电磁场和流体两大理论均较复杂和抽象,而体外电磁力驱动的膀胱泵需以这两大理论为基础,膀胱泵某些构件的弹性变形存在非线性惯性耦合,液体部分又大量存在非线性环节,其模型很难用数学方式精确描述,因此采用通常的简化理论分析法,其结果往往与实际相差较大。虚拟样机技术”狗窍咝愿丛酉低车木贩抡嫜芯勘涑闪丝赡堋P槟庋梢岳三维设计软件直观的反映模型的形状,可以在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动,并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析,观察并试验各组成部件的相互运动情况,可在计算机上方便的修改设计缺陷,可仿真试验不同的设计方案,可对整个系统进行改进,直至获得最优化设计方案,还可利用软件特有的分析功能随时对模认的难题之一
国内常用的虚拟样机软件有等。。当虚拟样机用来代替物理样机验证设计时,不仅缩短开发周期,而且设计质量和效率都可得到提高,同时减少了昂贵成本的物理样机研发制造过程,降低了研发成本,而且使物理样机更趋于合理化,实用化阻,。因而,建立膀胱动力泵虚拟样机对本课题具有重要的实际意义。虚拟样