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人体仰卧状态下体表与防压疮床垫间压力分布研究

作　者: 郭艳萍
导　师: 张建国
学　校: 天津科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 仰卧防压疮床垫体压分布有限元分析
分类号: TS665.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要

目前,随着我国已正式列入老龄化的行列,而我国由于人口基数大,老年人常见疾病的发病的率急剧升高,而卧姿是患者保持时间最长的姿势。然而人体长时间的保持同一姿势,就会在骨突部位因血液循环受阻碍,发生组织营养缺乏而坏死。因此,研制一种可以有效降低压疮的发病概率的床垫是一件具有长远和实际意义的科研项目。虽然市面上防压疮床垫的产品很常见,但是,国内还没有在人体卧姿体压分布测量与仿真方面的研究。本文通过使用Xsensor压力测试系统对人体体压分布进行了较为系统的研究,为提高重障患者使用的起居床和防压疮床垫的设计水平起到一定指导作用,同时论证了CAE计算机辅助仿真方法应用于床垫设计中的可行性。本文通过对相同结构形式的气垫式床垫内充入不同气压值的气体时,人体体表界面压力分布数值和气垫内充气压力之间关系进行研究。通过软件提取到的压力数值矩阵,计算出人体易发压疮的各个部位的最大压力、平均压力和接触面积,并且根据人体血管所能承受的最大闭合压力,将压力划分为高、中、低三个等级,通过不同厚度气垫的对比,得出小于人体血管闭合压的前提下,气垫式床垫使用时最合适的气压值。依据同样方法对不同结构形式的床垫,同样进行比较分析后得出对床垫结构尺寸具有指导性的结论,为日后防压疮床垫的进一步优化,提供了理论依据。依据有限元法的基本理论,利用有限元分析软件ANSYS10.0,完成了仰卧时人体与床垫的接触分析。得到CAE仿真环境中的最大值,并且与真实值进行了比较,分析了误差来源,证明有限元法应用于防压疮床垫设计中的可行性,并且为日后的更深层次的研究奠定了理论和方法基础。本文不仅通过实验研究人体体压压力分布状况而且还从有限元方法考虑,对人体和床垫进行了接触仿真分析,效果较为理想,为实现防压疮床垫虚拟化设计,缩短设计周期,节约设计成本,提高设计质量,打下一定的基础。同时也能为日后减轻护理人员劳动强度,减少患者患压疮时的痛苦,促进我国研发适用于本国人经济和使用状况的防压疮床垫的设计做出一定贡献。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 课题的来源、背景及意义  9
  1.2 压疮的发病因素  9-10
  1.3 压疮的易发生部位  10
  1.4 防压疮床垫的研究现状及发展趋势  10-11
    1.4.1 国内外研究现状  10-11
  1.5 课题主要研究内容  11-12
  1.6 本章小结  12-13
2 防压疮床垫材料及结构的确定  13-17
  2.1 防褥疮床垫的设计思路  13-15
    2.1.1 设计要求  13
    2.1.2 设计步骤  13-15
  2.2 防压疮床垫材料的选择  15
  2.3 防压疮床垫主要结构设计  15-16
    2.3.1 缓解压力层的设计  16
    2.3.2 透气干燥层的设计  16
  2.4 本章小结  16-17
3 人体静态仰卧体表界面压力分布特性研究  17-39
  3.1 人体静态仰卧体表界面压力分布特性研究试验简介  17-25
    3.1.1 研究内容及方法  17-18
    3.1.2 实验对象及设备  18-19
    3.1.3 实验仪器  19-23
    3.1.4 人体体压与不同支持面间的关系  23-25
  3.2 人体静态仰卧体表压力分布与低空气损失气垫充气压力关系的研究  25-31
    3.2.1 实验目的及步骤  25
    3.2.2 数据分析  25-27
    3.2.3 结果与讨论  27-30
    3.2.4 结论  30-31
  3.3 不同床垫结构形式及气垫充气压力对人体静态仰卧体表压力分布影响研究  31-35
    3.3.1 实验目的及步骤  31
    3.2.2 数据分析  31
    3.3.3 结果与讨论  31-35
  3.4 主观评价  35-38
  3.5 结论  38
  3.6 本章小结  38-39
4 基于ANSYS10.0/LS-DYNA的人体接触有限元分析  39-60
  4.1 有限元法及ANSYS/LS-DYNA介绍  39-45
    4.1.1 有限元法的基本理论  39-45
  4.2 人体和海绵床垫接触的有限元分析  45-52
    4.2.1 实体模型的导入  45-46
    4.2.2 有限元模型参数定义  46-52
    4.2.3 有限元模型网格划分  52
  4.3 人体仰卧时人体体表与床垫接触分析  52-59
    4.3.1 接触分析定义  52-54
    4.3.2 定义边界条件  54
    4.3.3 施加载荷  54
    4.3.4 求解控制  54-58
    4.3.5 数据对比  58
    4.3.6 误差分析  58-59
  4.4 本章小结  59-60
5 总结与展望  60-62
  5.1 论文工作结论  60
  5.2 后续工作展望  60-62
6 参考文献  62-67
7 论文发表情况  67-69
致谢  69

人体仰卧状态下体表与防压疮床垫间压力分布研究

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