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人体控制排尿的中枢神经或周围神经受到损害后会引起膀胱排尿功能障碍,为解决病人的膀胱排尿功能障碍问题,采用体外电磁驱动膀胱动力泵辅助排尿成为一种有效方法。膀胱泵是一种新型的以体外电磁力驱动膀胱实现排尿的动力装置,其基本原理是电磁铁吸引永磁体,产生磁场吸力以驱动柔性带,增加膀胱内压,实现膀胱排尿。为了提高设计质量和效率,降低研发成本,缩短开发周期,本论文设计了膀胱动力泵虚拟样机,并以该样机为基础,对膀胱泵的电磁驱动特性和排尿特性进行了仿真研究。
本课题主要完成内容如下:
1)根据膀胱动力泵的工作原理及人体生理特点,确定了膀胱动力泵驱动特性和排尿动力特性的影响参数。
2)依据上述影响参数,应用Solidworks软件建立了膀胱动力泵虚拟样机参数化三维CAD模型。
3)选用ADPL命令流编写了参数化的程序,实现了虚拟样机有限元模型的建立与分析,包括导入了CAD模型、参数化划分了网格、参数化定义了材料、参数化定义了载荷和边界条件、设定了物理环境、求解和分析了电磁-结构耦合和流体-结构耦合,并完成了后处理。
4)基于建立的虚拟样机,完成了控制参数(电流 I)和结构参数(永磁体与铁芯垂直相对距离从永磁体与铁芯水平相对距离B、永磁体数量N、永磁体与电磁铁铁芯相对角度D、永磁体间距C、永磁体厚度E)对电磁力F、膀胱压力P、最大尿流率q影响的仿真试验与分析。
研究结果表明:增加电磁铁驱动电流和永磁体厚度有利于提高电磁力、膀胱压力和最大尿流率;永磁体与电磁铁垂直相对距离、永磁体与电磁铁夹角的增大会减小膀胱压力和最大尿流率;合理选取永磁体间距、永磁体与电磁铁水平相对距离有利于改善初始状态下电磁力、膀胱压力和最大尿流率;永磁体数量从两块增加到三块对最大尿流率影响较小,但有利于改善膀胱动力泵工作连续性。
本文设计的虚拟样机能够直观地反应膀胱动力泵模型的形状,可以模拟在膀胱动力泵辅助下膀胱排尿的运动过程,并能够对膀胱动力泵在各种工况下的驱动特性和排尿动力特性进行仿真分析,分析研究结果为以后膀胱动力泵的优化设计和模拟实验研究提供指导。