Исследование свойств поверхностного слоя покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой
Исследование свойств поверхностного слоя покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой
И.В. Данилин, С.К. Сундуков, Д.С. Фатюхин
Твёрдость стали является одним из важнейших свойств, определяющих её износостойкость. Для повышения твёрдости применяются технологии поверхностного упрочнения: азотирование и поверхностно-пластическое деформирование, которые основаны на принципиально разных процессах. Применение комбинированного метода позволяет повысить твёрдость поверхностного слоя материала и увеличить глубину упрочнения. В данной работе приведены результаты исследований свойств покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой.
Показать АннотациюИспользование координатной обработки для интенсифиации процеса ультразвуковой очистки
Использование координатной обработки для интенсифиации процеса ультразвуковой очистки
Приходько В.М., Шеина А.Е., Юдаков Е.Г.
В двигателях внутреннего сгорания загрязнениям подвергаются детали различных размеров, формы и конструкции. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их крупными габаритами, наличием большого количества отверстий, карманов и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки деталей является ультразвуковой. В статье рассмотрены технология и оборудование для автоматизированной ультразвуковой очистки корпусных деталей перемещающимся излучателем.
Показать АннотациюКровоток и теплопродукция в предплечье, измеренные методом акустотермографии
Кровоток и теплопродукция в предплечье, измеренные методом акустотермографии
А.А. Аносов А.С. Казанский А.Д. Мансфельд
Методом акустотермометрии были получены параметры кровотока и теплопродукции в предплечье человека при физической нагрузке. Для измерений теплового акустического излучения был использован датчик многоканального акустотермографа, разработанного в ИПФ РАН (полоса пропускания 1.2-2.7 МГц, пороговая чувствительность при времени интегрирования 10 с – 0.3 К). Добровольцы сжимали-разжимали кисть в течение 100 с (за это время успевали совершать 120 5 движений). При этом на плечо накладывали (чтобы снизить кровоток в предплечье) или не накладывали жгут. Результаты измерений показали, что температура предплечья сразу же начинала расти (быстрее без жгута) и достигала максимума (акустояркостная температура повышалась на приблизительно 1.5 К без жгута и на 0.5 К со жгутом) уже после окончания работы (через приблизительно 100 с без жгута и через 200 с со жгутом), после чего снижалась. Полученные данные позволили оценить удельный кровоток: 0.023 1/мин (что согласуется с литературными оценками: 0.02-0.07 1/мин). В процессе работы кровоток увеличивался приблизительно в 7-8 раз. Величина теплопродукции к концу работы составляла 0.0043 К/с. При расчетах глубинной температуры использовали уравнение теплопроводности, предложенное Пеннесом для тела человека, с учетом кровотока и дополнительных источников теплопродукции. Расчеты показали, что максимум глубинной температуры предплечья в покое составляет 36°С. Физическая нагрузка только за счет теплопродукции повышала эту температуру до 37°С, а добавление кровотока – до 38°С.
Показать АннотациюОсобенности применения ультразвуковых фазированных решеток с различным количеством элементов при облучении тканей в присутствии ребер
Особенности применения ультразвуковых фазированных решеток с различным количеством элементов при облучении тканей в присутствии ребер
С.А. Ильин, Л.Р. Гаврилов, В.А. Хохлова
Во многих современных медицинских приложениях мощного фокусированного ультразвука необходимо принимать во внимание потери энергии на естественных преградах в виде ребер. В связи с этим в данной работе было проведено исследование целесообразности применения фазированных решеток с увеличенным количеством элементов для уменьшения перегрева костей при фокусировке через грудную клетку. Проанализировано влияние количества элементов решетки на величину потерь мощности фокусированного пучка на ребрах и уровень интенсивности в области фокуса за ребрами при использовании геометрического подхода к отключению элементов решетки, находящихся в тени ребер.
Показать АннотациюГистологичесий анализ механических разрушений в ex-vivo почках человека и свиньи под действием высокоинтенсивного фокусированного ультразвука
Гистологичесий анализ механических разрушений в ex-vivo почках человека и свиньи под действием высокоинтенсивного фокусированного ультразвука
В.А. Хохлова, Я.Н. Ванг, С.В.Буравков, А.Д. Максвелл, Т.Д. Хохлова, Д.В. Лин, O.A. Сапожников, М.Р. Бэйли, Дж.Р. Шэйд
Большинство современных клинических приложений высокоинтенсивного фокусированного ультразвука в неинвазивной хирургии (HIFU) основано на быстром нагревании среды за счет поглощения энергии ультразвуковой волны, ведущем к тепловой денатурации ткани в области фокуса. Недавно, учеными университета штата Вашингтон и МГУ был разработан новый метод, позволяющий механически разрушать ткани при импульсно-периодическом воздействии сфокусированными волнами с высокоамплитудными ударными фронтами. Используются импульсы миллисекундной длительности, вызывающие сверхбыстрый нагрев ткани в фокусе и ее взрывное вскипание в течение каждого из импульсов. Взаимодействие ударных фронтов с образующейся паро-газовой полостью миллиметрового размера приводит к механической дезинтеграции ткани на субклеточные фрагменты. Работоспособность метода уже была показана на еx-vivo тканях говяжьей печени и сердца, а также свиной почке in-vivo. В данной работе механические разрушения были получены в еx-vivo тканях человеческой и свиной почки. Приводится описание проведенных экспериментов, обсуждаются результаты сравнительного анализа и гистологических исследований полученных разрушений.
Показать АннотациюТвердофазная соносенсибилизация в сонодинамической терапии онкологических заболеваний
Твердофазная соносенсибилизация в сонодинамической терапии онкологических заболеваний
А.Л. Николаев, А.В. Гопин, И.И. Конопацкая, М.А. Миронов, П.А. Пятаков, Н.В. Андронова, Е.М. Трещалина, Н.В. Дежкунов
Обобщен опыт работы авторского коллектива по сонодинамической терапии онкологических заболеваний с использованием наночастиц в качестве соносенсибилизаторов. Различными методами исследованы кавитационные и тепловые ультразвуковые эффекты в водных и гелевых модельных средах, содержащих модификаторы различной природы. Сформулированы некоторые положения, определяющие критерии выбора перспективных соносенсибилизаторов на модельных системах. Создана аппаратура для проведения доклинических и клинических исследований. Предложен оригинальный способ синтеза наночастиц и их агрегатов (твердофазных соносенсибилизаторов) непосредственно в опухоли. Сформулирован комплекс сопутствующих биофизических и физико-химических задач.
Показать АннотациюНелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука
Нелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука
C.А. Цысарь, О.А. Сапожников, В. Крейдер
Представлен метод нелинейной акустической голографии для исследования мощных ультразвуковых источников и излучаемых ими полей. Метод основан на измерении двумерных распределений амплитуды и фазы акустического давления для гармоник, присутствующих в спектре сигнала. Полученные распределения используются для расчета обратного распространения акустического поля для математической реконструкции распределения колебательной скорости на поверхности источника. Нелинейные расчеты распространения поля основаны на численном решении волнового уравнения Вестервельта. Разработанный метод нелинейной акустической голографии является эффективным инструментом для характеризации терапевтических источников ультразвука при работе на высоких мощностях, когда характеристики колебания поверхности источника могут значительно отличаться от вибрационных характеристик на низких уровнях мощности. В работе представлена основа численной модели для расчета нелинейного распространения акустического поля в условиях обращения времени, а также результаты физических экспериментов по нелинейной голографии реальных терапевтических источников.
Показать АннотациюМоделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе
Моделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе
П.В Юлдашев, А. Максвелл, В. Крайдер, О.А. Сапожников, М. Бэйли, Л. Крам, В.А. Хохлова
Во многих современных приложениях мощного фокусированного ультразвука (HIFU) в неинвазивной хирургии, например, при гистотрипсии, возникает необходимость генерации мощных ультразвуковых полей с амплитудой ударного фронта в фокусе до 120 МПа на значительной глубине в ткани. Для экспериментального исследования возможности создания таких полей и генерации механических разрушений в ткани был создан прототип системы, состоящий из усилителя и излучателя с рабочей частотой 1 МГц. Излучатель состоит из семи отдельных элементов круглой формы, расположенных на сферической чашке диаметром 14.7 см и радиусом кривизны 14 см. Цель настоящей работы состояла в характеризации поля указанного излучателя в воде с помощью гидрофонных измерений и численного моделирования. Моделирование поля было выполнено на основе трехмерного уравнения Вестервельта с начальными условиями, полученными экспериментально методом акустической голографии. В эксперименте профили волны в фокусе были измерены оптоволоконным гидрофоном. Измерения проводились при различной амплитуде акустического давления на поверхности источника. Было показано, что результаты измерений и расчетов хорошо согласуются между собой. Найдены максимально достижимые значения для пиковых давлений и амплитуды ударного фронта. Таким образом, в работе было показано, что численное моделирование на основе трехмерного уравнения Вестервельта является важным инструментом для прогнозирования характеристик ультразвуковых полей, создаваемых мощными терапевтическими HIFU излучателями.
Показать АннотациюНагрев поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом
Нагрев поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом
Клопотов Р.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П.
Приведены результаты экспериментов по нагреву поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом. В качестве нагреваемой среды использовался полимер, близкий по акустическим свойствам к биоткани. С помощью термопарных измерений продемонстрированы преимущества реализованного метода нагрева, возникающие за счет использования обращения волнового фронта: самонаведение ультразвукового пучка на нагреваемую область, и низкая зависимость параметров нагрева от положения или движения образца в определенной области. При этом, величина нагрева в экспериментах составила до 8С за время порядка 100 с.
Показать АннотациюИзмерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн
Измерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн
Н.В. Смагин, Л.М. Крутянский, А.П. Брысев
Проведено сравнительное экспериментальное исследование двух методов измерения коэффициента акустического поглощения: стандартного метода, основанного на регистрации амплитуды прошедшей через образец волны, и его модификации с применением фазосопряженных (обращенных) ультразвуковых волн. В качестве конкретного примера реализации стандартного метода использована техника сравнения с эталоном. Показано, что искажение волнового фронта зондирующего пучка, вызванное наличием в тестовых объектах структурных неоднородностей либо рассеивателей, приводит к появлению существенной погрешности измерения стандартным методом. В то же время, применение обращенных волн позволяет практически полностью скомпенсировать данную погрешность в случае чисто фазовых неоднородностей тестовых объектов или присутствия невысоких концентраций рассеивателей с размерами порядка длины волны. В других случаях, в том числе и при измерениях поглощения в неоднородных биотканях, метод с использованием обращения волнового фронта позволяет получить более достоверную оценку диссипативных потерь.
Показать Аннотацию