超声汽化蒸汽驱动的尿道阀设计与实验研究

摘要

因尿道括约肌功能障碍引起的重度尿失禁，不仅给病人带来极大的生活麻烦，也易引起泌尿系统感染等并发症，严重影响病人的生存质量。该病可能发生于不同的年龄和性别，通常难以用药物或手术治愈，必须采取尿道自主控制措施。为了解决因尿道括约肌功能障碍引发的重度尿失禁问题，本文设计了一种超声汽化蒸汽驱动的尿道阀，建立了尿道阀的数学模型，提出了尿道阀的可靠性仿真算法，研究了尿道阀的特性和可靠性。在此基础上，开展了尿道阀应用于超声汽化蒸汽驱动的排尿助力系统的实验研究。具体工作内容如下:
　　基于超声学、热力学和磁学理论，建立了尿道阀的驱动力数学模型和磁吸力数学模型。设计并搭建了模拟实验系统，实验验证了驱动力数学模型和磁吸力数学模型的有效性。
　　在Matlab环境下，利用驱动力数学模型仿真分析了超声控制参数和尿道阀结构参数对尿道阀驱动特性的影响规律，实验研究了超声控制参数对尿道阀驱动特性的影响规律。基于尿道阀的工作原理，建立了尿道阀的启闭条件，并实验验证了尿道阀的启闭特性。
　　运用故障树分析法分析了尿道阀的可靠性。在此基础上结合蒙特卡罗法，提出了尿道阀的可靠性仿真算法。仿真计算了尿道阀的可靠性指标，通过理论计算验证了可靠性仿真算法的有效性。
　　基于超声汽化蒸汽驱动的排尿助力系统的组成原理，设计了尿道阀的应用方案。实验研究了尿道阀对排尿助力系统的尿液配流功能的影响。
　　研究结果表明:尿道阀原理可行，启闭特性良好，数学模型和可靠性仿真算法简单有效;增大超声波控制参数均可提高阀的驱动特性;驱动囊老化和腐蚀是尿道阀的薄弱环节，尿道阀平均寿命达到50000次的可靠度为0.85。研究结果可为优化尿道阀的结构和提高可靠性提供依据，为排尿助力系统的尿液配流提供新的方案。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题背景及意义

1．3 国内外研究现状分析

1．3．1 尿道阀研究现状

1．3．2 超声波热效应及汽化潜热理论研究现状

1．3．3 磁力计算研究现状

1．3．4 可靠性分析研究现状

1．4 论文的主要研究内容

第二章 超声汽化蒸汽驱动的尿道阀设计

2．1 膀胱结构及储排尿原理

2．2 尿道阀原理及其性能参数

2．2．1 尿道阀的原理

2．2．2 尿道阀的性能指标及参数

2．3 小结

第三章 超声汽化蒸汽驱动的尿道阀建模

3．1 尿道阀的数学模型

3．1．1 驱动力数学模型

3．1．2 磁吸力数学模型

3．2 模拟实验系统

3．2．1 模拟实验系统原理

3．2．2 模拟实验系统的软件设计

3．3 尿道阀驱动力的数学模型验证

3．4 尿道阀磁吸力的ANSYS仿真分析

3．4．1 磁吸力的ANSYS仿真步骤

3．4．2 磁吸力的ANSYS仿真计算

3．5 尿道阀磁吸力的数学模型验证

3．6 小结

第四章 超声汽化蒸汽驱动的尿道阀特性研究

4．1 尿道阀驱动特性的研究

4．1．1 驱动特性的仿真研究

4．1．2 驱动特性的实验研究

4．2 尿道阀启闭特性的研究

4．2．1 启闭条件

4．2．2 启闭特性验证

4．3 小结

第五章 超声汽化蒸汽驱动的尿道阀可靠性研究

5．1 可靠性理论基础

5．1．1 可靠性的定义

5．1．2 可靠性的基本函数

5．1．3 常用失效分布

5．2 系统可靠性模型

5．2．1 串联系统可靠性模型

5．2．2 并联系统可靠性模型

5．2．3 混联系统可靠性模型

5．3 可靠性分析方法

5．3．1 纯概率分析法

5．3．2 近似概率分析法

5．3．3 故障模式影响与危害度分析

5．3．4 故障树分析法

5．4 尿道阀故障树分析

5．4．1 尿道阀故障树的建立

5．4．2 尿道阀故障树的分析

5．5 尿道阀可靠性仿真

5．5．1 尿道阀的可靠性仿真算法

5．5．2 尿道阀可靠性指标的仿真计算

5．6 小结

第六章 超声汽化蒸汽驱动的尿道阀应用研究

6．1 超声汽化蒸汽驱动的排尿助力系统

6．1．1 排尿助力系统组成

6．1．2 排尿助力系统工作原理

6．2 尿道阀的应用实验研究

6．2．1 初始膀胱压变化时尿道阀启闭特性验证

6．2．2 尿道阀的应用实验研究

6．3 小结

总结和展望

1．总结

2．展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

声明

致谢