本文關(guān)鍵詞：皮膚熱損傷溫度場(chǎng)的建模與仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為人體最大的器官,皮膚是人體抵御外界不良環(huán)境的第一道保護(hù)屏障,是位于身體外部的包裹在肌肉外面的組織。皮膚覆蓋全身,因而皮膚的燒傷現(xiàn)象是一種十分常見(jiàn)的人體外部傷害事故。根據(jù)皮膚燒傷所產(chǎn)生的原理不同,可以將其分為熱燒傷、電燒傷、化學(xué)燒傷及放射線燒傷等,其中熱燒傷所發(fā)生的比例占80%以上。因?yàn)闊崴疇C傷是在日常生活中極易發(fā)生的燒傷事故,所以有必要對(duì)該過(guò)程進(jìn)行更加深入地研究。準(zhǔn)確分析皮膚組織在熱水燙傷過(guò)程中的傳熱規(guī)律有助于對(duì)皮膚燒傷的快速診斷和治療,為此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者采用了許多研究方法對(duì)其進(jìn)行了深入研究。通常采用的數(shù)值模擬方法有FDM、FEM、BME等,數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。因此,有必要結(jié)合數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行更加細(xì)致地研究。本文主要內(nèi)容及研究成果如下:介紹了生物組織的傳熱機(jī)理及模型,然后基于ANSYS在合理假設(shè)的前提下,建立了皮膚組織的有限元模型,對(duì)該有限元模型施加合適的熱源載荷來(lái)模擬皮膚組織在100℃燒傷情況下的溫度場(chǎng)變化情況,并對(duì)其進(jìn)行有限元計(jì)算,得出了在典型數(shù)據(jù)下皮膚組織的溫度場(chǎng)分布情況。發(fā)現(xiàn)在熱源撤離之后,熱量會(huì)繼續(xù)在皮膚組織中擴(kuò)散,受熱區(qū)域也隨之?dāng)U大。這說(shuō)明熱源對(duì)皮膚組織的作用具有一定的延時(shí)性。為驗(yàn)證有限元模型及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下構(gòu)建了以鉑電阻PT100為溫度傳感器的皮膚表面組織的溫度測(cè)量系統(tǒng),對(duì)前文計(jì)算得出的數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)所測(cè)量得到的溫度變化趨勢(shì)與理論計(jì)算結(jié)果大致相同,但是并沒(méi)有完全重合,誤差主要來(lái)源于溫度測(cè)量手段及系統(tǒng),也可能是生物體自身的復(fù)雜性所致。由于數(shù)值計(jì)算模型的準(zhǔn)確性依賴于組織的熱物理參數(shù),而實(shí)際上隨著組織燙傷的發(fā)生,其熱學(xué)參數(shù)也隨之改變,因此使用數(shù)值模擬的方法來(lái)計(jì)算皮膚溫度變化時(shí),其復(fù)雜性與生物體自身的調(diào)溫機(jī)制相比,存在著簡(jiǎn)單和粗糙的缺點(diǎn),但對(duì)于生物傳熱的數(shù)值計(jì)算仍有助于了解皮膚燒傷的過(guò)程及溫度變化規(guī)律,可以為燙傷的預(yù)測(cè)提供一定的參考依據(jù)。通過(guò)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合的方法,本文建立了皮膚有限元模型,研究了皮膚表面組織在熱水燙傷過(guò)程中的溫度變化情況,為研究皮膚熱損傷過(guò)程中的熱量傳遞規(guī)律提供一定的幫助,也為今后從事相關(guān)方面的研究提供思路。
【關(guān)鍵詞】：皮膚 熱損傷 溫度場(chǎng) 數(shù)值模擬 有限元法 溫度測(cè)量
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R644
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2 本文主要研究?jī)?nèi)容12-13
• 第2章 生物傳熱機(jī)理及模型13-19
• 2.1 生物傳熱機(jī)理13-15
• 2.2 生物傳熱模型15-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 第3章 皮膚組織有限元模型的建立19-29
• 3.1 ANSYS軟件基本知識(shí)19-20
• 3.2 熱學(xué)參數(shù)基本知識(shí)20-24
• 3.2.1 熱學(xué)參數(shù)概念20-21
• 3.2.2 經(jīng)驗(yàn)公式21-23
• 3.2.3 皮膚熱學(xué)參數(shù)23-24
• 3.3 模型假設(shè)24
• 3.4 皮膚有限元模型的建立24-27
• 3.5 本章小結(jié)27-29
• 第4章 皮膚熱損傷溫度場(chǎng)的有限元計(jì)算29-35
• 4.1 有限元加載求解29-30
• 4.2 有限元計(jì)算結(jié)果30-32
• 4.3 計(jì)算結(jié)果分析32-33
• 4.4 本章小結(jié)33-35
• 第5章 皮膚表面組織溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-49
• 5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理35-38
• 5.2 系統(tǒng)硬件選擇38-42
• 5.2.1 溫度傳感器38-39
• 5.2.2 恒流源及AD轉(zhuǎn)換器39-40
• 5.2.3 微處理器40-42
• 5.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)42-44
• 5.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)44-47
• 5.4.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)45-46
• 5.4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)46-47
• 5.5 本章小結(jié)47-49
• 第6章 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)49-54
• 6.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備49-51
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)材料50
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)方法50-51
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析51-52
• 6.3 本章小結(jié)52-54
• 第7章 結(jié)論與展望54-56
• 7.1 主要結(jié)論54
• 7.2 研究展望54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 附錄60-70
• 致謝70-71
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 張修太;胡雪惠;翟亞芳;秦長(zhǎng)海;張繼軍;;基于PT100的高精度溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2010年06期

2 李小霞,范世福,趙友全;CO_2激光照射活體皮膚的光熱效應(yīng)研究[J];光電子·激光;2005年10期

3 梁超英;錢(qián)志余;;人體組織傳熱及應(yīng)用研究[J];生物醫(yī)學(xué)工程研究;2007年02期

4 孫書(shū)鷹;陳志佳;寇超;;新一代嵌入式微處理器STM32F103開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J];微計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2010年12期

  本文關(guān)鍵詞：皮膚熱損傷溫度場(chǎng)的建模與仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：383246