项目名称: 单孔微创超声手术刀高频疲劳损伤微区特性的研究

项目编号: No.11474042

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 王彤宇

作者单位: 长春理工大学

项目金额: 100万元

中文摘要: 以声传播理论和赫兹接触力学模型为基础,采用有限元和分子动力学模拟超声手术刀微裂纹的萌生和扩展,并结合Nosoft软件,预估超声手术刀疲劳损伤位置和程度,开展超高周次疲劳损伤的理论研究。 研制新颖的高频(>50kHz)超声疲劳试验系统。与近代的激光测振仪、激光超声技术、扫描电子声显微术(SEAM)和原子力显微术(AFM)相结合,开展疲劳损伤微区成像和力学特性(疲劳强度、裂纹几何尺寸、损伤区的等效杨氏模量等)的定量检测和实验研究,并与理论研究相结合,探索单孔微创手术的超声手术刀的超高周疲劳损伤机理和提高材料抗疲劳强度的有效途径。 在前期理论和实验研究的基础上,寻找高性能的材料及有效的工艺处理方法,改善超声手术刀的抗疲劳损伤性能,提高微创手术的安全性,同时也为促进航空、航天和航海等重要工业领域的超高周疲劳损伤研究提供新的定量方法和手段。

中文关键词: 单孔微创;超声手术刀;高频超声疲劳;微区特性;定量检测

英文摘要: Based on acoustic propagation theory and Hertz contact mechanical model,initiation and propagation of fatigue cracks in ultrasonic scalpel would be simulated with Finite Element Method and molecular dynamics, the very high cycle fatigue failure mechanism is studied theoretically, and the position and strength of fatigue damage in ultrasonic scalpel is estimated by Nosoft software. A novel high frequency (>50kHz) ultrasonic fatigue system is developed. Combined it with Laser vibrometer, Laser ultrasonic technique, SEAM and AFM, the fatigue damages are imaged and its micro and nano-mechanical properties (such as fatigue resistance, physical dimension of crack, reduced Young modulus) are measured quantitatively. Then the very high cycle fatigue failure mechanism in minimally invasive ultrasonic scalpel is studied in order to explore the effective technical approach of increasing fatigue strength for materials. According to the obtained experimental and theoretical research results, the high-performance materials and process methods would be searched for improving the fatigue resistance of ultrasonic scalpel in order to increase the reliability and safety of minimally invasive surgery. It could also provide a new quantitative method and approach for the research of very high cycles fatigue failure in such important industrial field as aviation, aerospace, navigation and so on.

英文关键词: Single Incision Minimally Invasive;Ultrasonic Scalpel;High Frequency Ultrasonic Fatigue;Micro-zone Properties;Quantitative Determination

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