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磁悬浮人工髋关节设计及其磁力研究

作　者: 曾霞光
导　师: 闫小青
学　校: 南昌大学
专　业: 工程力学
关键词: 磁悬浮髋关节磨损磁力 ANSYS
分类号: R318.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

人工髋关节是所有人工关节中最重要,使用最普遍的。植入人体的人工髋关节由于关节面的摩擦会产生磨损颗粒,磨损颗粒进入人体后会导致一系列严重问题,这些问题将减少人工髋关节的使用寿命,大大增加病人的痛苦,因此,降低摩擦,减少磨损成为人工髋关节研究的重要目标。通过仔细分析该目标,我们认为比该目标的更根本的目标是减少进入人体的磨损颗粒。为达到该目标,结合该科研项目组提出的磁悬浮人工髋关节的概念,本文作者设计了一个全新结构的磁悬浮人工髋关节。文中对该磁悬浮人工髋关节的结构设计进行了比较详细的说明,并分析了其可行性。为了进一步分析该设计的磨损减少程度及其影响因素,作者利用优秀的大型通用有限元计算软件ANSYS作为基本磁力研究工具,计算了一个典型的具体参数的磁悬浮人工髋关节的磁力,另外计算了7个影响因素对其磁力的影响程度。通过大量的计算和分析,我们可以发现该结构的磁悬浮人工髋关节比相同光滑程度的对应普通人工髋关节能够减少关节面5%到10%的磨损,在较高条件下可达25%到50%,而且预计随着磁性材料性能的提高,该百分比将进一步提高。磁悬浮人工髋关节的设想确实是可行和有效的,该设想在减少关节面的磨损问题上开辟了新的思路,而且具有很大发展前景。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第1章引言  7-14
  1.1 课题来源及选题依据和意义  7-8
  1.2 人工髋关节的研究历史及现状  8-10
  1.3 人工髋关节的摩擦学研究  10
  1.4 磁悬浮人工髋关节设想  10-13
  1.5 本文的主要内容  13-14
第2章磁力计算的基本原理和方法  14-19
  2.1 磁场计算基本理论  14-16
    2.1.1 电磁场控制方程  14-15
    2.1.2 永磁体磁场控制方程  15
    2.1.3 永磁体磁场控制方程解析求解  15-16
    2.1.4 永磁体磁场控制方程有限元法求解  16
  2.2 磁力计算基本理论  16-17
  2.3 利用ANSYS计算永磁体磁力并实验验证  17-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章磁悬浮人工髋关节的结构设计  19-26
  3.1 普通人工髋关节的结构设计  19-20
  3.2 磁悬浮人工髋关节的结构设计  20-24
    3.2.1 磁悬浮人工髋关节的总体结构设计  20-21
    3.2.2 磁悬浮人工髋关节的关键局部结构设计  21-23
    3.2.3 磁悬浮人工髋关节模型的运动范围分析  23
    3.2.4 磁悬浮人工髋关节模型的磁力初步分析  23-24
  3.3 本章小结  24-26
第4章磁悬浮人工髋关节模型的磁力研究  26-46
  4.1 一个具体磁悬浮人工髋关节模型的磁力研究  26-32
    4.1.1 磁悬浮人工髋关节模型  26-27
    4.1.2 磁悬浮人工髋关节模型的磁力计算  27-32
  4.2 磁悬浮人工髋关节模型最大磁力的影响因素  32-45
    4.2.1 几何因素对磁悬浮人工髋关节模型最大磁力的影响  32-42
    4.2.2 磁性材料参数对磁悬浮人工髋关节模型最大磁力的影响  42-44
    4.2.3 更大磁力的磁悬浮人工髋关节  44-45
  4.3 本章小结  45-46
第5章磁悬浮人工髋关节研究的结论和展望  46-48
  5.1 磁悬浮人工髋关节研究的结论  46
  5.2 磁悬浮人工髋关节研究的展望  46-48
参考文献  48-52
附录A  52-55
附录B  55-58
攻读硕士学位期间的研究成果  58-59
致谢  59

磁悬浮人工髋关节设计及其磁力研究

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