人耳听觉系统有限元建模及分析

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在全世界,耳聋一直困惑着很大一部分人。耳聋通常分为传导性耳聋和感音性耳聋两类。感音性耳聋患者是由于基底膜上的毛细胞发生了病变或减少,但保留部分的听觉神经。对于传导性耳聋患者,主要是鼓膜或听骨链的部分或者完全损坏,现有的中耳植入式助听产品只适合听骨链部分损坏的患者,而压电式声桥则没有这个局限性,同时克服了传统助听器在声音失真、畸变等缺点,费用和手术方法也不是很复杂,方便患者使用和更换,一种切实有效的助听装置。论文在对压电式声桥的工作原理作了充分了解的基础上,以耳蜗ANSYS有限元建模及分析作为研究的重点,在三个方面展开了相关工作:第一、通过对听觉系统的详细分析,创建了较为准确的基底膜有限元分析模型,并对模型进行了AYSYS模态分析和谐响应分析,验证了行波学说和计算了部分频率下基底膜上对声音的敏感位置。第二、创建了简化的耳蜗三维模型,通过ANSYS分析,对耳蜗中卵圆窗的动力特性进行初步的探索,并以此确定卵圆窗的几何尺寸参数,为创建完整的耳蜗三维有限元分析模型打下了基础。第三、在前一步工作的基础上,大量阅读了国内外关于耳蜗建模的参考文献,创建了较为完整的三维有限元分析模型,在进行ANSYS模态分析和谐响应分析过程中,考虑了流固耦合的作用,探索了卵圆窗的阻抗特性,并研究了基底膜和圆窗的动力响应特性,为压电式声桥的进一步研究提供了理论基础。全文共分为五个部分,第一部分介绍了本课题的背景、国内外研究现状及研究目的、意义等。第二部分对整个人耳听觉系统作了详细的介绍,重点是用有限元分析的方法研究了基底膜行波学说。第三部分提出了简化的耳蜗模型,通过ANSYS谐响应分析研究了卵圆窗特性。第四部分是在第三部分的基础上,创建了更为完善的耳蜗模型,通过流固耦合分析,得到了卵圆窗的阻抗特性曲线和圆窗及基底膜的动力学特性。第五部分是对本论文研究工作的总结和展望。
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