【摘 要】
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超声手术刀是一种通过刀杆高速振动以实现生物体切割、分离的外科手术器械，在外科手术中具有高精度、止血快、产生烟雾少等优点。超声手术刀在工作时会产生高频振动，工作频率为
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超声手术刀是一种通过刀杆高速振动以实现生物体切割、分离的外科手术器械，在外科手术中具有高精度、止血快、产生烟雾少等优点。超声手术刀在工作时会产生高频振动，工作频率为55kHz的超声手术刀振幅约为50μm，在工作1小时后，超声手术刀内部的应力循环次数即可达到1.98×108次，容易发生疲劳损坏。 目前常见的超声手术刀大多是采用TC4钛合金加工制作的，关于TC4钛合金的超高周疲劳（应力循环次数大于107周次）的研究都是基于超声疲劳试验方法进行的。超声疲劳试验技术是一种能够快速对金属材料进行超高周疲劳试验的试验方法，目前常见的超声疲劳试验系统工作频率为20kHz。本文建立55kHz超声疲劳试验系统，为了更好的研究超声手术刀的疲劳特性，对TC4钛合金进行疲劳试验，探索频率、温度、应力等参数对TC4钛合金疲劳寿命的影响，以期进一步提高超声手术刀的抗疲劳性能。 本文首先设计了磁致伸缩式超声换能器作为试验系统的驱动装置、圆锥形超声变幅杆作为振幅放大装置，通过理论计算满足55kHz共振频率的换能器及变幅杆，并利用有限元分析方法来仿真设计结果，对加工制作的换能器及变幅杆进行测试；然后在超声驱动系统上集成应力加载装置、冷却系统、检测装置等构建超声疲劳试验系统；对系统的主要部分进行动力学仿真，验证系统的固有频率；最后采用TC4钛合金设计并制作满足55kHz共振频率的试样，利用自行设计的超声疲劳试验系统对试样进行试验，并对断裂试样的断口处进行微区观测，以期探索超声手术刀疲劳断裂的原因，改善其疲劳寿命。
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