Optimization experiment of ultrasonic scalpel based on finite element analysis

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作者
Fangrui Li,Tongyu Wang
标识
DOI:10.1145/3548608.3559214
摘要

As an important instrument in minimally invasive surgery, the performance of ultrasonic scalpel is decisive for surgical results and surgical safety. Firstly, the modal analysis of the original ultrasonic scalpel is carried out with the help of ANSYS Workbench finite element analysis platform, and the natural frequency and vibration mode of the ultrasonic scalpel in 40khz-70khz are obtained. According to formula C= λ f. The size of the scalpel is optimized, and the size length is optimized to be an integral multiple of the half wavelength, so that the maximum amplitude of the scalpel occurs at the knife head. Secondly, the modal analysis and harmonic response analysis of the optimized ultrasonic scalpel are carried out. The natural frequency mode, displacement amplitude and stress amplitude curves of each frequency are analyzed. Finally, the optimized scalpel size, working frequency and amplitude amplification ratio are determined. The results show that the output amplitude of the optimized scalpel head increases three times and the maximum stress point decreases to half of the original. The amplitude amplification ratio is increased from 1:2 to 1:9, which increases the working efficiency of ultrasonic scalpel.
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