發(fā)布時(shí)間：2017-10-11 09:13

  本文關(guān)鍵詞：仿生微納鋸齒絲切割超軟腦組織的研究

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【摘要】：腦組織屬于超軟生物組織,其力學(xué)性能的研究對(duì)研發(fā)大腦保護(hù)防護(hù)措施、醫(yī)療診斷等具有指導(dǎo)作用,腦組織試樣的微創(chuàng)切割是腦組織力學(xué)性能精準(zhǔn)測(cè)試的前提條件。目前大多研究都是使用醫(yī)用手術(shù)刀或者壓制模具來(lái)直接制備試樣,由于腦組織質(zhì)地極其柔軟,在切割過(guò)程中易對(duì)腦組織造成損傷,影響腦組織力學(xué)性能測(cè)試的真實(shí)性。蚊子能夠以極低的刺入力刺入皮膚,主要?dú)w因于其下顎兩端精致的微納結(jié)構(gòu)和振動(dòng)刺入機(jī)制。受蚊子這種“無(wú)痛刺入”方式的啟發(fā),本文通過(guò)SEM和XRD分析,探索出一種可將金屬微納顆粒結(jié)到金屬絲表面制備鋸齒絲方法：將原始鉬絲用砂紙打磨后進(jìn)行酸化,從而在鉬絲表面引入活性吸附位,隨后將鉬絲置于鹽鐵溶液浸泡,鉬絲表面會(huì)覆蓋一層吸附層,最后經(jīng)過(guò)高溫煅燒在鉬絲表面形成鋸齒結(jié)構(gòu)。為研究鋸齒絲的切割效果,利用鋸齒絲刀具結(jié)合往復(fù)運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行了系列切割實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明由于鋸齒絲表面的微納結(jié)構(gòu)和振動(dòng)切割聯(lián)合作用,切割力顯著減小；研究了切割速度和振動(dòng)頻率因素對(duì)切割力的影響規(guī)律。結(jié)果顯示,無(wú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)切入力隨著進(jìn)給切割速度的增大而減��；相反,往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)切入力隨著切割速度的增大而略有增加；振動(dòng)頻率(8-24 Hz)對(duì)切入力影響不明顯；相對(duì)于振動(dòng)頻率,切入力對(duì)切割速度更為敏感。最后對(duì)腦組織進(jìn)行了拉伸和松弛實(shí)驗(yàn),不同應(yīng)變率下腦組織的硬化效應(yīng)表明腦組織具有較強(qiáng)的應(yīng)變率相關(guān)性。通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)曲線建立了腦組織的五參粘彈本構(gòu)模型,利用自定義子程序VUMAT將腦組織的粘彈性屬性及等效Mises應(yīng)力失效準(zhǔn)則嵌入ABAQUS中,成功實(shí)現(xiàn)粘彈性腦組織切割過(guò)程的仿真模擬。結(jié)果表明切入力隨著鉬絲半徑的增加而顯著增大。本文研究結(jié)果對(duì)軟物質(zhì)的微創(chuàng)切割以及粘彈性材料的切割機(jī)理研究具有一定參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：大腦組織 切割 微納鋸齒 粘彈性 切割模擬
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R741
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 腦組織力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 腦組織切割的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 2 微納結(jié)構(gòu)鋸齒絲制備方法17-27
• 2.1 微納結(jié)構(gòu)植入金屬絲實(shí)驗(yàn)17-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)方案17-18
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料18-19
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟19-20
• 2.1.4 掃描電鏡20-21
• 2.2 制備工藝條件對(duì)鋸齒成型的影響21-24
• 2.2.1 混合酸溶液酸化的影響21-22
• 2.2.2 酸化時(shí)間影響22
• 2.2.3 煅燒溫度影響22-23
• 2.2.4 煅燒時(shí)間影響23-24
• 2.3 SEM表征和XRD分析24-26
• 2.3.1 SEM表征24
• 2.3.2 XRD分析24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 鋸齒絲切割軟組織機(jī)理研究27-39
• 3.1 瓊脂糖凝膠的制備27-28
• 3.1.1 腦組織替代材料的種類(lèi)27-28
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)材料和制備過(guò)程28
• 3.2 切割力測(cè)試實(shí)驗(yàn)28-31
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置28-30
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟30-31
• 3.3 切割分析31-32
• 3.4 切割因素對(duì)切割的影響32-37
• 3.4.1 微納結(jié)構(gòu)和振動(dòng)方式對(duì)切割效果的影響33-34
• 3.4.2 切割速度對(duì)切割效果的影響34-36
• 3.4.3 振動(dòng)頻率對(duì)切割效果的影響36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 4 腦組織的粘彈本構(gòu)模型與切割模擬39-52
• 4.1 VUMAT子程序39
• 4.2 粘彈本構(gòu)理論39-43
• 4.2.1 Maxwell模型40-41
• 4.2.2 Kelvin模型41-42
• 4.2.3 廣義Maxwell模型42-43
• 4.3 腦組織的力學(xué)性能43-47
• 4.3.1 腦組織試樣制備43-44
• 4.3.2 腦組織拉伸破壞實(shí)驗(yàn)44-46
• 4.3.3 腦組織應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)46-47
• 4.4 腦組織粘彈本構(gòu)和失效模型47-49
• 4.5 腦組織切割數(shù)值模擬49-50
• 4.5.1 腦組織切割模型49-50
• 4.5.2 腦組織切割變形與破壞50
• 4.6 本章小結(jié)50-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況57-58
• 致謝58-59

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 馮亮亮;仿生微納鋸齒絲切割超軟腦組織的研究[D];大連理工大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1011681