在骨科手術(shù)中,骨鉆削時超過55℃會導(dǎo)致骨組織壞死甚至發(fā)生氧化,影響手術(shù)效果。而克氏針與骨組織之間的摩擦,克氏針的結(jié)構(gòu)對鉆削過程的影響等是決定鉆削熱的產(chǎn)生和鉆削溫度的主要因素。在針尖表面設(shè)計分屑槽等微結(jié)構(gòu)可以有效降低鉆削溫度。本文通過克氏針鉆削骨過程的有限元仿真,建立骨鉆削溫度及骨鉆削力的預(yù)報模型,對圓弧槽克氏針在骨鉆削中結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下:（1）對傳統(tǒng)的克氏針結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計,通過研究分屑槽減磨機(jī)理,選取合理結(jié)構(gòu)參數(shù);設(shè)計克氏針分屑槽加工工藝及專用加工平臺,通過該平臺可加工具有分屑槽和前角的新型克氏針,以解決傳統(tǒng)克氏針鉆孔過程中易產(chǎn)生溫升過高而損傷骨細(xì)胞的問題;（2）利用Abaqus軟件分析骨鉆削過程,對比分析了有無分屑槽的克氏針在骨鉆削過程中的應(yīng)力場分布及溫度場變化,以及多孔鉆削時溫度場的分布情況;（3）搭建了基于直角坐標(biāo)機(jī)器人的骨鉆削測溫實驗平臺,并進(jìn)行了對比分析實驗,分析了分屑槽參數(shù)對鉆削溫度的影響;（4）利用MATLAB及SPSS（Statistical Product and Service Solutions）軟件,通過正交實驗極差分析判斷出克氏針... 

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源、研究背景和目的意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景和目的意義
    1.2 骨鉆削國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
    1.3 克氏針骨鉆削研究現(xiàn)狀
    1.4 主要研究內(nèi)容
第2章 克氏針結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化
    2.1 克氏針分屑槽設(shè)計優(yōu)化
        2.1.1 克氏針結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
        2.1.2 克氏針三維模型的建立
        2.1.3 圓弧槽克氏針強(qiáng)度和剛度的校核
    2.2 圓弧槽克氏針加工工藝設(shè)計
        2.2.1 圓弧槽克氏針結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計
        2.2.2 四種圓弧槽克氏針結(jié)構(gòu)對比分析
    2.3 克氏針加工裝置設(shè)計
        2.3.1 克氏針加工裝置設(shè)計依據(jù)及設(shè)計方法
        2.3.2 磨削克氏針斜面裝置
        2.3.3 磨削克氏針分屑槽裝置
    2.4 本章小結(jié)
第3章 克氏針骨鉆削溫度及應(yīng)力有限元分析
    3.1 簡化克氏針骨鉆削熱源
        3.1.1 傳熱學(xué)模型簡化
        3.1.2 熱源強(qiáng)度計算
    3.2 骨鉆削溫度的理論計算
        3.2.1 剪切溫度的計算
        3.2.2 克氏針-骨屑摩擦面上摩擦溫度的計算
    3.3 骨鉆削仿真模型的建立
        3.3.1 鉆削模型的建立
        3.3.2 材料參數(shù)及邊界條件的設(shè)定
        3.3.3 克氏針骨鉆削失效準(zhǔn)則選取
        3.3.4 克氏針骨鉆削模型接觸設(shè)定
        3.3.5 網(wǎng)格優(yōu)化及分析
    3.4 克氏針骨鉆削仿真應(yīng)力場及溫度場的分析
        3.4.1 克氏針骨鉆削仿真應(yīng)力場分析
        3.4.2 克氏針骨鉆削應(yīng)力場仿真與理論對比分析
        3.4.3 克氏針骨鉆削仿真溫度場分析
    3.5 仿真結(jié)果對比分析
        3.5.1 克氏針分屑槽形狀對骨鉆削溫度的影響
        3.5.2 克氏針分屑槽尺寸對溫度影響的仿真
        3.5.3 多孔鉆削孔間溫度場相互干擾仿真
    3.6 本章小結(jié)
第4章 克氏針骨鉆削實驗研究
    4.1 實驗平臺的搭建
        4.1.1 克氏針骨鉆削控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
        4.1.2 測試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理
        4.1.3 克氏針骨鉆削實驗平臺控制系統(tǒng)電氣系統(tǒng)設(shè)計
        4.1.4 實驗刀具及試件
    4.2 克氏針制備
        4.2.1 克氏針斜平面磨制
        4.2.2 克氏針分屑槽磨制
    4.3 分屑槽克氏針骨鉆削實驗研究
        4.3.1克氏針分屑槽形狀單因素實驗
        4.3.2 克氏針分屑槽形狀對骨鉆削溫度及骨鉆削力的影響
    4.4 圓弧槽克氏針骨鉆削實驗研究
        4.4.1 克氏針圓弧槽結(jié)構(gòu)參數(shù)單因素實驗方案及結(jié)果
        4.4.2 克氏針圓弧槽長度對骨鉆削溫度及骨鉆削力的影響
        4.4.3 克氏針圓弧槽深度對骨鉆削溫度及骨鉆削力的影響
        4.4.4 克氏針圓弧槽與尖端距離對骨鉆削溫度及骨鉆削力的影響
    4.5 多孔鉆削孔間溫度場相互干擾影響規(guī)律的實驗探究
        4.5.1 多孔鉆削孔間溫度場相互干擾單因素實驗方案及結(jié)果
        4.5.2 多孔鉆削孔間溫度場相互干擾影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 克氏針骨鉆削溫度和骨鉆削力預(yù)報模型的建立及參數(shù)優(yōu)化
    5.1 經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒⒎椒ê蛢?yōu)化算法
        5.1.1 經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦x擇
        5.1.2 遺傳算法簡介
    5.2 克氏針骨鉆削結(jié)構(gòu)參數(shù)正交實驗方案及結(jié)果分析
        5.2.1 正交實驗方案及實驗結(jié)果
        5.2.2 實驗結(jié)果極差分析
    5.3 關(guān)于克氏針結(jié)構(gòu)參數(shù)的骨鉆削溫度和骨鉆削力經(jīng)驗?zāi)Ｐ?br>        5.3.1 經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒?br>        5.3.2 骨鉆削溫度和骨鉆削力的回歸預(yù)測模型
        5.3.3 線性回歸模型的顯著性檢驗
        5.3.4 回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗
    5.4 克氏針結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        5.4.1 多目標(biāo)函數(shù)的遺傳算法求解方法
        5.4.2 克氏針骨鉆削結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        5.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果與實驗值對比分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CFRP加工用內(nèi)排屑鉆頭排屑條件的仿真分析及試驗研究[J]. 王義文,許成陽,許家忠,劉獻(xiàn)禮.  機(jī)械工程學(xué)報. 2019(05)
[2]淬硬鋼模具曲面銑削有限元仿真及試驗研究[J]. 岳彩旭,郝勝宇,黃翠,王彥武.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2018(05)
[3]虛擬砂輪磨削有限元仿真以及試驗對比分析[J]. 王建軍,黃景山.  裝備制造技術(shù). 2018(09)
[4]ZrO2陶瓷平面磨削溫度仿真分析與實驗研究[J]. 張珂,趙國歡,孫健,韓濤,劉春光.  表面技術(shù). 2017(12)
[5]300M超高強(qiáng)度鋼高速切削過程仿真研究[J]. 張慧萍,劉壬航,李珍燦,張慶宇.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2017(10)
[6]硬質(zhì)合金磨削溫度場的仿真與試驗研究[J]. 胡超,李長虹,趙先鋒,何林.  工具技術(shù). 2017(05)
[7]旋轉(zhuǎn)超聲磨削鈦合金有限元仿真與試驗研究[J]. 劉凡,秦娜,牛健地,鄭亮.  工程設(shè)計學(xué)報. 2017(02)
[8]基于各向異性皮質(zhì)骨的鉆削溫度研究[J]. 蘇哩莉,胡亞輝,江汪彪,薛國彬.  工具技術(shù). 2017(02)
[9]骨外科手術(shù)鉆孔溫度影響因素理論分析與實驗研究[J]. 馬宏亮,李長河.  機(jī)械設(shè)計與制造. 2014(03)
[10]基于回歸正交試驗的淺孔鉆鉆削的有限元仿真[J]. 應(yīng)正健,周利平.  機(jī)床與液壓. 2012(09)

博士論文
[1]模具鋼硬態(tài)切削過程刀具磨損及表面淬火效應(yīng)研究[D]. 岳彩旭.哈爾濱理工大學(xué) 2012
[2]微量潤滑切削表面殘余應(yīng)力預(yù)測建模[D]. 季霞.上海交通大學(xué) 2014
[3]基于應(yīng)變梯度塑性理論的正交微切削變形研究[D]. 吳繼華.山東大學(xué) 2009

碩士論文
[1]金屬鈰金剛石切削加工表面質(zhì)量的有限元仿真及實驗研究[D]. 金銘.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]齒槽骨的鉆削溫度及鉆孔質(zhì)量研究[D]. 付江焜.山東大學(xué) 2018
[3]骨鉆鉆頭刃形結(jié)構(gòu)對鉆削力與溫度的影響研究[D]. 杜興澤.昆明理工大學(xué) 2018
[4]低溫微量潤滑高速銑削300M鋼工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 劉壬航.哈爾濱理工大學(xué) 2018
[5]微織構(gòu)醫(yī)療鉆頭骨鉆削溫度及刀具磨損研究[D]. 江汪彪.天津理工大學(xué) 2017
[6]骨骼微切削過程的有限元仿真與實驗研究[D]. 殷杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[7]微織構(gòu)刀具皮質(zhì)骨鉆削溫度的預(yù)報模型研究[D]. 孫建波.天津理工大學(xué) 2016
[8]基于正交各向異性分析的皮質(zhì)骨鉆削的仿真與實驗研究[D]. 何玲.天津理工大學(xué) 2016
[9]不銹鋼材料車削加工的實驗研究與有限元仿真[D]. 伊海洋.西南石油大學(xué) 2015
[10]超高速磨削溫度的仿真研究[D]. 郭珍吉.東北大學(xué) 2014



本文編號：3704927