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面向防电磁辐射服装的生物电磁模型建立与有限元仿真分析

马亮  
【摘要】:随着科技的进步,人们在生活中所面对的电磁辐射环境日趋复杂,关于电磁辐射对人体的危害问题已经引起了国家和行业的高度重视。防电磁辐射服装的功能设计与评价,成为纺织服装科学领域的研究重点。近年来,仿真技术作为实现服装数字化设计与制造等先进理念的一项关键使能技术与手段,受到纺织服装学术界和工业界的关注。本论文在查阅相关文献的基础上,针对目前尚缺乏数字化设计和评价防电磁辐射服装的屏蔽效能(Shielding Effectiveness)和电磁辐射对人体生物组织损害的仿真模型的研究现状,开展了面向防电磁辐射服装的人体生物电磁学模型和有限元仿真分析的应用基础研究。在仿真方面主要研究服装与人体生物电磁模型的建立,人体器官生物电磁学模型的装配、整体仿真环境模型的建立、防电磁辐射服装的屏蔽效能以及在防电磁辐射服装存在的前提下辐射源对人体比吸收率(SAR)的影响。在试验验证方面本研究通过建立防电磁辐射服装的屏蔽效能的物理试验验证平台,展开服装屏蔽效能检测试验,对内裤和马甲两类服装的屏蔽效能进行了测试。试验结果可以对仿真试结果进行验证,以保证仿真试验结果的真实度。为防电磁辐射服装的屏蔽效能和电磁辐射对人体生物组织损害的数字化评价提供科学有效的技术方法。本论文研究内容如下:第一章阐述了电磁辐射对人体的影响,进一步提出防电磁辐射服装研究的必要性。同时介绍了生物电磁模型的相关背景、电磁场有限元技术在防电磁辐射服装当中的应用。第二章从电磁场基本理论出发阐述防电磁辐射服装的防护原理与防护方法。第三章主要阐述了防电磁辐射服装屏蔽效能检测试验室及与屏蔽效能检测实验室相匹配的屏蔽效能检测系统的设计思路与构建方法。第四章主要介绍了人体生物电磁模型的建立方法。第五章论述与物理试验对应的仿真试验模型的建立方法。第六章主要是对整体仿真模型的进一步扩展与应用。本课题的研究结果具有理论研究和实际意义,特别对于医疗检查用防护装备,高辐射工作环境下的防护装备,孕妇服等的研发等具有很强的应用价值,涉及生物电磁学仿真模型(辐射源+服装+人体(含主要器官))建立方法,为防电磁辐射服装的研发和屏蔽效果的预测提供了计算机模拟仿真的方法,同时也可以进一步为新型复合防电磁辐射材料的性能进行仿真预测,为提高防电磁辐射服装对人体的防护效果提供了科学的技术支持,进而带来一定的经济效益。


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