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SPECT机械系统可靠性虚拟试验技术研究

刘立国  
【摘要】:人体SPECT作为一种大型医学影像设备,其机械系统通常具有10个以上的自由度,驱动一个或多个重达数百公斤的探测器靠近或者环绕人体部位运动,为了保持良好的成像质量要求,还要求探测器的运动具有轮廓自动跟踪功能。由此可见SPECT系统具有高承载、多自由度、控制复杂等特点,而机电系统故障将直接导致设备停机,甚至威胁患者的生命安全。因此,要求其具有非常高的可靠性、安全性。本文采用国内外先进的一体化疲劳分析方法,在设计阶段对关键环节X向轴承座组件及X平移机构驱动轴上的平键采用S-N曲线法进行可靠性虚拟疲劳寿命分析,本文给出了运用S-N曲线法进行虚拟疲劳分析的流程,主要涉及到三个方面:载荷时间历程曲线、应力谱及材料的疲劳特性曲线(S-N曲线)。通过Solidworks进行简化装配后,导入多体动力学仿真软件ADAMS进行约束,运动学仿真验证仿真参数设置合理的情况下,动力学仿真获得所分析部件的虚拟载荷历程,即所需的疲劳载荷谱;通过有限元分析软件ANSYS Workbench的网格划分、定义接触设置、载荷施加、螺栓预紧力施加及边界条件约束等建立有限元模型,仿真获得所分析部件的应力谱;最后通过疲劳分析软件nCode材料特性生成模块拟合出所需材料强度的S-N曲线或从材料数据库中选择所需的S-N曲线,并对其进行修正,获得最终的疲劳特性曲线,完成了关键部件的寿命预测。在设计阶段对SPECT关键环节进行可靠性虚拟疲劳寿命分析,对设备维护、保证安全运行、保障患者生命安全具有重要意义。同时,在设计阶段对不合理的设计进行及时更改,可以提高产品质量、缩短研发周期、降低研发成本,有利于产品增加市场竞争力。


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