【摘 要】
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在骨科手术中,骨钻削时超过55℃会导致骨组织坏死甚至发生氧化,影响手术效果。而克氏针与骨组织之间的摩擦,克氏针的结构对钻削过程的影响等是决定钻削热的产生和钻削温度的主要因素。在针尖表面设计分屑槽等微结构可以有效降低钻削温度。本文通过克氏针钻削骨过程的有限元仿真,建立骨钻削温度及骨钻削力的预报模型,对圆弧槽克氏针在骨钻削中结构参数的选择进行了研究。主要研究内容如下:(1)对传统的克氏针结构进行了改进
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在骨科手术中,骨钻削时超过55℃会导致骨组织坏死甚至发生氧化,影响手术效果。而克氏针与骨组织之间的摩擦,克氏针的结构对钻削过程的影响等是决定钻削热的产生和钻削温度的主要因素。在针尖表面设计分屑槽等微结构可以有效降低钻削温度。本文通过克氏针钻削骨过程的有限元仿真,建立骨钻削温度及骨钻削力的预报模型,对圆弧槽克氏针在骨钻削中结构参数的选择进行了研究。主要研究内容如下:(1)对传统的克氏针结构进行了改进设计,通过研究分屑槽减磨机理,选取合理结构参数;设计克氏针分屑槽加工工艺及专用加工平台,通过该平台可加工具有分屑槽和前角的新型克氏针,以解决传统克氏针钻孔过程中易产生温升过高而损伤骨细胞的问题;(2)利用Abaqus软件分析骨钻削过程,对比分析了有无分屑槽的克氏针在骨钻削过程中的应力场分布及温度场变化,以及多孔钻削时温度场的分布情况;(3)搭建了基于直角坐标机器人的骨钻削测温实验平台,并进行了对比分析实验,分析了分屑槽参数对钻削温度的影响;(4)利用MATLAB及SPSS(Statistical Product and Service Solutions)软件,通过正交实验极差分析判断出克氏针分屑槽的长度、深度及与克氏针尖端距离等结构参数对骨钻削温度及骨钻削力的影响。根据实验结果建立克氏针骨钻削温度及骨钻削力的经验公式,并进行经验公式系数的显著性分析,然后通过遗传算法进行多目标结构参数优化。
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