数值计算方法在左手材料设计及医学图像中的应用

发布时间：2017-05-03 04:03

  本文关键词：数值计算方法在左手材料设计及医学图像中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数值计算方法,是一种研究并解决数学问题的数值近似解方法,是在计算机上使用的解数学问题的方法,简称计算方法。现阶段数值计算已经应用于科研和工业的各个领域。本文中利用计算电磁学中的时域有限差分法设计新型的左手材料单元结构。左手材料的电磁性质表现出负介电常数和负磁导率。因其拥有其他的一些独特的电磁特性,已经成为了材料科学、电磁、生物医学等多个领域的研究热点。本文对左手材料在前人的经验基础上进一步研究,借助时域有限差分方法,提出了一种性能优良的左手材料单元结构,并加以仿真。该结构单面刻蚀,尺寸理想,性能优良,并成功地将该设计应用于天线领域中。同时将有限元仿真分析方法应用于生物医学工程领域,分别建立了牙齿和牙髓腔的三维有限元模型,为口腔临床医学提供了可靠的可视化数据。 本文的主要工作有： 1)详细介绍了数值计算的基本概念和原理。简要介绍了几种常用的数值计算方法。 2)研究探讨了左手材料的相关特性及奇异性质,总结了最近几年左手材料研究领域的相关研究成果和进展情况。 3)借助时域有限差分电磁分析软件,设计并提出出了一种新型左手特性单元结构。由该结构组成的材料在X频段展现出左手特性。该结构单面刻蚀,由对称半圆环和短金属杆构成。研究中对负介电常数和负磁导率进行了定性理论分析。借助计算电磁学分析仿真工具,验证了该结构具有负相速度特性。 4)通过数值计算仿真与优化,将左手材料应用于天线阵列中。新型左手材料结构结合2.6GHz振子天线阵列改善天线辐射特性,降低天线阵元之间的电磁耦合作用,并进行了仿真验证。 5)将有限元分析方法应用于生物医学工程领域,通过有限元法仿真分析实现了牙齿的建模。通过Ansys软件对模型进行导出并处理,采用Mimics软件对模型进行横截面、纵面等的切图分析,通过术前和术后牙齿髓腔有限元模型的对比图,确定病灶牙齿修复前的清理效果和牙骨质损耗。通过对牙齿结构的建模,为牙科在手机车针处理时掌握牙齿结构内部受力情况提供技术支持。
【关键词】：数值计算 时域有限差分 左手材料 结构设计 天线阵列 生物医学 有限元
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O241.8;R318.08
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 引言10-11
• 1.2 数值算法的基本概念11-12
• 1.3 常用数值计算方法12
• 1.4 数值计算方法工程应用12-13
• 1.5 本文主要内容13-15
• 第二章 左手材料基本理论15-28
• 2.1 引言15-16
• 2.2 左手材料的基本特性16-23
• 2.2.1 负折射效应17-19
• 2.2.2 完美透镜效应19-21
• 2.2.3 逆多普勒频移效应21
• 2.2.4 反常切伦科夫辐射21-22
• 2.2.5 反常Goos-Haanchen(古斯-汉森)位移22-23
• 2.3 左手材料研究进展23-27
• 2.4 小结27-28
• 第三章 利用时域有限差分法设计具有谐振特性的左手材料结构28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 时域有限差分方法28-30
• 3.3 新型谐振型左手材料结构单元设计及原理说明30-33
• 3.4 数据及特性分析33-40
• 3.5 小结40-42
• 第四章 新型左手材料单元结构应用于天线阵列42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 对称振子天线42-44
• 4.3 天线间互耦的研究44-46
• 4.3.1 天线互耦原理44-45
• 4.3.2 降低耦合的方案45-46
• 4.4 半波对称振子阵列天线仿真46-49
• 4.4.1 对称振子天线阵列设计46-47
• 4.4.2 新型左手材料引入阵列天线47-49
• 4.5 小结49-50
• 第五章 基于CT图像应用软件和有限元分析构建牙髓腔有限元模型50-65
• 5.1 引言50-51
• 5.2 有限元分析方法51-55
• 5.2.1 有限元法简介51-52
• 5.2.2 有限元法计算思路52-55
• 5.3 基于CT图像扫描软件和有限元分析快速构建牙齿和牙髓腔有限元模型55-64
• 5.3.1 建模环境58-59
• 5.3.2 采集微CT图像扫描数据59
• 5.3.3 建立几何模型59-60
• 5.3.4 生成面网格模型60-61
• 5.3.5 模型输入有限元分析软件生成体网格模型61-62
• 5.3.6 实验数据比较62-64
• 5.4 技术特点64
• 5.5 小结64-65
• 第六章 结束语65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：342261