论文题目：融合感性与功能结构的超短波理疗仪机身设计方法
摘要：超短波理疗仪作为应用最广泛的理疗仪器之一,在临床中主要用于康复治疗、减轻病痛,提升患者生活质量。超短波理疗仪治疗范围广、使用需求量大,其机身作为产品功能部件发挥着交互与保护内部元器件的作用,机身质量将直接影响到用户使用感受与功能系统的稳定性,因此在满足用户需求与产品功能方面都对超短波理疗仪机身造型及其设计方法提出较高要求。本文基于可拓学适于结构化和形式化问题研究的特点,希望能为产品设计矛盾问题提供一种创新有效的解决途径。然而,在理疗仪机身实际设计过程中面临着信息映射复杂、机身造型与功能结构相干涉以及高频电磁场环境干扰等挑战。针对上述问题,系统分析了符合用户需求的理疗仪机身特点,结合机械、设计学与电磁学等学科领域知识,提出了设计信息可拓建模、感性意象与造型要素多维映射、不规则孔阵屏蔽效能解析等实际工程问题,探索了融合感性需求与功能结构的超短波理疗仪机身设计方法,并采用可拓优度评价对所提方法进行了定量评估及工程设计方案验证。首先,在设计信息模型层面。为破解传统康复理疗产品造型设计维度多的难题,提出了感性工学结合可拓学的研究方法构建面向用户感性需求的造型设计基元模型。在此基础上通过结合相关网理论搭建解决非线性映射问题的BP神经网络映射,进而将模型预测仿真与可拓算法相结合,实现了感性意象与造型要素多维映射,形成用户偏好驱动的理疗仪造型多维集成设计方法。其次,在屏蔽效能解析层面。推导出含有尺寸、数量、分布形式各异的不规则孔阵导体板屏蔽效能解析模型。基于Bethe小孔耦合理论,采用将数值仿真与数据拟合相结合的方法建立物理等效模型,然后研究更为复杂周期不规则孔阵导体板屏蔽效能解析问题。再次,结构与造型融合设计。提出针对不同类型康复器械造型与功能结构的融合设计。对于结构空间型产品,提出面向用户感性需求的整体造型设计基元的拟合模型,在满足产品整体造型设计的同时兼顾产品内部机械结构对造型设计的影响;对于形态空间型产品提出电磁兼容性与造型的协同设计,基于影响孔阵导体板屏蔽效能的主要参数,结合设计几何学与仿生学原理,开展机身通风孔美学设计。最后,论文采用可拓优度评价对所提方法进行定量评估及工程设计方案验证。结果表明,所提方法在实际应用中具有意象目标准确度高、设计周期短、机身美观与电磁屏蔽性能强等优点,可满足超短波理疗仪设计与研发的实际工程任务。
关键词：产品造型;结构设计;神经网络;屏蔽效能;超短波理疗仪
学科专业：机械工程（专业学位）
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 设计学与工学交叉融合的研究现状
1.2.2 以超短波理疗仪为对象的研究现状
1.2.3 研究必要性和研究视角
1.3 研究框架及研究内容
1.3.1 研究框架
1.3.2 主要问题和研究内容
2 面向用户感性需求的造型设计信息可拓模型
2.1 产品造型设计的可拓学描述
2.1.1 产品造型设计的基元模型
2.1.2 造型复合元的特性
2.2 基于Kansei与可拓的造型设计可拓模型构建
2.2.1 建立造型复合元的可拓域
2.2.2 构建造型复合元模型
2.2.3 造型复合元可拓变换系统
2.3 造型设计信息模型的实例验证
2.4 兼顾造型与机械结构的超短波理疗仪机身设计分析
2.4.1 面向造型的康复器械设计空间分析
2.4.2 结构空间型
2.4.3 形态空间型
2.5 本章小结
3 用户偏好驱动的超短波理疗仪造型多维集成设计研究
3.1 用户偏好驱动的产品造型多维集成设计模型
3.2 建立理疗仪可拓样本库
3.2.1 用户偏好意象可拓样本库
3.2.2 造型可拓样本库
3.3 理疗仪造型的可拓提取与表征
3.3.1 基本形态元
3.3.2 可选形态元
3.3.3 色彩元
3.3.4 质材元与复合元模型
3.4 融合神经网络与可拓算法的多维造型智能生成
3.4.1 映射模型的数据基础
3.4.2 神经网络模型的建立及仿真预测
3.4.3 方案造型元的可拓变换
3.5 本章小结
4 面向超短波理疗仪机身结构的屏蔽效能研究
4.1 超短波理疗仪造型与电磁兼容协同设计现实问题
4.2 含不规则孔阵导体板的电磁耦合理论
4.2.1 垂直入射
4.2.2 TE极化斜入射
4.2.3 TM极化斜入射
4.2.4 周期不规则孔阵的极化系数
4.3 不规则孔阵的等效建模
4.3.1 不规则孔阵耦合效应对屏蔽效能的影响
4.3.2 不规则孔阵等效建模思路
4.4 不规则孔阵拟合模型的建立
4.5 不规则孔阵导体板屏蔽效能解析模型
4.5.1 等效极化系数
4.5.2 屏蔽效能解析模型
4.5.3 结果与讨论
4.6 本章小结
5 超短波理疗仪机身造型与机械结构协同设计
5.1 造型与机械结构协同设计的现实问题
5.2 结构空间型康复器械的造型与机械结构协同设计研究
5.2.1 造型设计可拓模型的变换
5.2.2 基于可拓变换的造型要素获取
5.2.3 协同机械结构的造型可拓拟合方法
5.2.4 实例应用
5.3 电磁兼容与造型设计相结合的机身孔阵优化设计
5.3.1 基于最优屏蔽效能的孔阵结构分析
5.3.2 美学特征约束的孔阵设计优化
5.3.3 孔阵制备
5.3.4 电磁屏蔽实验
5.3.5 屏蔽效能实验结果与解析讨论
5.4 基于可拓优度评价的机身方案评价与验证
5.4.1 通风散热孔阵的造型评价
5.4.2 整机的可拓评价与验证
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录一:基于设计几何学与仿生学设计孔阵加工图
附录二:测试样本
致谢