عنوان

شبیه‌سازی ، طراحی و ساخت چاقوی اولتراسونیک و بررسی پارامترهای مؤثر دربرش

شماره

پ۲۵۵۵۵

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

شبیه‌سازی ، طراحی و ساخت چاقوی اولتراسونیک و بررسی پارامترهای مؤثر دربرش

نام نخستين پديدآور

مظاهر اقدستا

نام ناشر، پخش کننده و غيره

مهندسي مكانیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۰

نام خاص و کميت اثر

۱۳۹ص.

مواد همراه اثر

سی دی

متن يادداشت

این پایاننامه بنا به سفارش آقای دکتر زوارقی به علت ثبت اختراع تا ۳ سال در دست مراجعه کننده قرار نخواهد گرفت.

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسي مکانيک گرایش ساخت و توليد

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۰/۰۶/۱۷

متن يادداشت

امروزه استفاده از امواج اولتراسونیک به شکل قابل‌ملاحظه‌ای در فرایندهایی از قبیل ماشین‌کاری، شکل‌دهی فلزات، تولید پلیمر، شست‌وشو، جوشکاری پلاستیک و فلزات و...گسترش‌یافته است. فناوری برش اولتراسونیک از سال 1950 برای کاربردهای جراحی معرفی‌شده است. دربرش استخوان با ارتعاشات اولتراسونیک، از ارتعاشات مکانیکی تیغه برش (که در فرکانس خاصی مرتعش می‌شود) برای برش بافت‌های سخت انسانی استفاده می‌شود. این نوع از برش، دقت برش بهتر، سرعت برش بیشتر، دمای ناحیه برش کمتر نسبت به ابزارهای برش سنتی (اره نوسان برقی و فرز برش) دارد.در این پژوهش در گام اول، ابتدا به طراحی، شبیه‌سازی و ساخت چاقوی جراحی اولتراسونیک (شامل، ترانسدیوسر اولتراسونیک، هورن و تیغه‌ برش) در مد ارتعاش طولی پرداخته شد؛ سپس عملیات برش بر روی استخوان‌های فمور مرغ و فمور موش انجام گردید. طراحی ترانسدیوسر چاقوی اولتراسونیک برای فرکانس طبیعی طولی 25 کیلوهرتز و با استفاده از روش حل تحلیلی انجام شد سپس برای تطبیق و مقایسه نتایج، از روش حل عددی (استفاده از نرم‌افزار آباکوس) برای طراحی استفاده شد. نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی نرم‌افزار آباکوس نشان داد که میزان اختلاف فرکانس طراحی تحلیلی و عددی، 08/1 درصد است. نتایج به‌دست‌آمده از روش تجربی برای ترانسدیوسر اولتراسونیک برابر با فرکانس رزونانس 22925 هرتز بود و این مقدار فرکانس در مقایسه با فرکانس روش تحلیلی و حل عددی به ترتیب، 18/7 درصد و 3/8 درصد خطای داشت. برای طراحی هورن و تیغه‌های برش (لبه تیز و لبه اره‌ای) از روش حل عددی استفاده شد. فرکانس رزونانس به‌دست‌آمده از روش تجربی برای چاقوی اولتراسونیک با تیغه لبه تیز و لبه اره به ترتیب برابر با 21650 هرتز و 21400 هرتز بود. این مقادیر در مقایسه با فرکانس به‌دست‌آمده از آنالیز تحلیل عددی برای هورن و تیغه لبه تیز 21958 هرتز و همچنین برای هورن و تیغه لبه اره‌ای 22004 هرتز، که به ترتیب دارای خطای فرکانسی 37/1 درصد و 75/2 درصد می‌باشد. در گام دوم تأثیر پارامترهای ورودی بر روی پارامترهای خروجی شامل، توان برش، زمان برش، سرعت برش، سطح برش، دمای ناحیه برش و پهنای برش، موردبررسی قرار گرفت.نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که افزایش دامنه ارتعاشات دربرش حالت تر نسبت به حالت خشک با دوتیغه برش (لبه اره‌ای و لبه تیز) موجب کاهش زمان برش، تمرکز امواج انرژی در منطقه برش و پهنای برش و همچنین باعث افزایش سرعت برش می‌گردد. درنهایت با کاهش دمای منطقه برش، نکروز حرارتی در سطح برش خورده مشاهده نشد. همچنین مشخص شد که عملکرد تیغه لبه اره‌ای در دو حالت برش (تر و خشک) بهتر از تیغه لبه تیز در دو حالت برشی مذکور می‌باشد.

متن يادداشت

Abstract: Today, the use of ultrasonic waves has significantly expanded in processes such as machining, metal forming, polymer production, washing, welding of plastics and metals, and etc. Ultrasonic cutting technology has been introduced for surgical applications since 1950. In bone cutting with ultrasonic vibrations, mechanical vibrations of the cutting blade (which vibrates at a certain frequency) are used to cut human hard tissues. This type of cutting has better cutting accuracy, higher cutting speed, lower cutting area temperature than traditional cutting tools (electric oscillation saw and burr cutter). In this research, in the first step, first, the design, simulation and manufactring of an ultrasonic surgical knife (including, ultrasonic transducer, horn and cutting blade) in longitudinal vibration mode were performed; Then, cutting operations was performed on chicken femur and mouse femur bones.The ultrasonic knife transducer was designed for the natural longitudinal frequency of 25 kHz using the analytical solution method, Then for matching and comparing the results, the numerical solution method (using Abacus software) was used for the design. The results obtained from the simulation of Abacus software showed that the difference between the frequency of analytical and numerical design is 1.08%.The results obtained from the experimental method for ultrasonic transducer were equal to the resonance frequency of 22925 Hz and this value of frequency compared to the frequency of the analytical method and numerical solution had an error of 7.18% and 8.3%, respectively. Numerical solution method was used to design horns and cutting blades (sharp edge and saw edge). The resonance frequency obtained from the experimental method for ultrasonic knife with sharp blade and saw blade was 21650 Hz and 21400 Hz, respectively. These values are compared to the frequency obtained from the numerical analysis analysis for the horn and the sharp edge blade 21958 Hz and also for the horn and the saw edge blade 22004 Hz, which has a frequency error of 1.37% and 2.75%, respectively. In the second step, the effect of input parameters on output parameters including cutting power, cutting time, cutting speed, cutting surface, cutting area temperature and cutting width were investigated. The obtained results showed that increasing the amplitude of vibrations in wet cutting mode compared to dry mode with two cutting blade (saw edge and sharp edge) cause of reduces cutting time, concentration of energy waves in the cutting area and cutting width, and also increases cutting speed. Finally, with decreasing the temperature of the cutting area, no thermal necrosis was observed on the cut surface. It was also found that the performance of the saw blade in both cutting modes (wet and dry) is better than the sharp edge blade in the two cutting modes.

عنوان گونه گون

Simulation ,design and manufacturing of ultrasonic knife and study of effective parameters in cutting.

عنصر شناسه اي

‏اقدستا،

ساير عناصر نام

‏مظاهر

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

‏شلوندی،

عنصر شناسه اي

‏پاک،

عنصر شناسه اي

اکبری،

ساير عناصر نام

‏مقصود

ساير عناصر نام

‏عباس

ساير عناصر نام

‏قاسم

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏تبریز