?1-1、前处理
1-1-1、几何模型构建
1-1-2、材料定义
1-1-3、有限元系统模型构建
?1-2、求解
1-2-1、加载条件/边界条件
1-2-2、求解设置
?1-3、后处理
1-3-1、查看结果
1-3-2、评估结果
1-3-3、修正结果
02前处理2-1、模型构建
直接在Hypermesh中建立节点,连线,并生成面,如图1所示
图12-2、材料的定义
进行材料的定义,在hypermesh中创建对应的材料选项,并输入材料属性,主要包括密度、弹性模量e9、泊松比0.3(这里采用统一的国际单位制),如图2所示。
2-3、构建有限元系统模型
主要包括7要素,对应的类型见图3
图3具体操作流程以及操作步骤相比Workbench需要做出一些调整,如图4所示。
图42-3-1、网格划分:2D模型,采用2D网格划分,设置网格尺寸为0.1,划分好的网格如图5所示。
图52-3-2、单元类型定义:使用shell,如图6所示。
图62-3-3、无关键字与实常数定义,但需要定义厚度,厚度设置为0.1,同时将定义好的材料赋予给截面,如图7所示。
2-3-4、无连接关系定义,默认。
2-3-5、单元类型、材料及厚度赋予,如图8所示。
图求解3-1、加载条件/边界条件施加
在壳体左端施加固定约束,如图9所示。
图9在壳体右端每个节点沿z轴负方向施加-10N的力,如图10所示。
图103-2、求解设置
插入求解控制卡片,如图11所示。
图11导出cdb格式的文件,并保存到全英文路径下。
04后处理打开Ansys经典版启动器,并设置工作路径为刚刚保存的全英文路径,如图12所示。
图12导入从Hypermesh中导出的CDB格式的文件,如图13所示。
图13便可以直接求解,并查看变形和应力结果,如图14所示。
FEA有道生物力学服务介绍BUSINESSPRODUCT01承接医学有限元分析项目委托颈椎、腰椎、肩关节、髋关节、肘关节、膝关节、踝关节、义齿、种植体、上下颌骨、黏膜、牙冠、心血管、医疗器械等分析。
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分享:当医疗遇上有限元分析,多的是你不知道的事儿!
你知道吗?现在的有限元分析技术已经可以构建一个高保真的活心人体多物理模型了,可以将医疗设备插入模型中,以研究它们对心脏功能的影响,验证其功效并预测其在各种操作条件下的可靠性,对研究心脏缺陷和疾病状态,并探索治疗方案具有巨大帮助。
利用现有有限元软件日趋强大和完善的建模功能及其接口工具,可以拟实建立三维人体骨骼、肌肉、血管等器官组织,并模拟其生物力学材料特性。可以模拟各种类型的边界条件和载荷约束(几何约束、固定载荷、冲击载荷、温度特性等),进行结构静力学、动力学、疲劳、流体力学等各种类型的仿真模拟,从而获得在不同虚拟实验条件下任意部位的变形、应力/应变分布、内部能量变化、流动特性以及极限破坏预测等特性。
医院做过股骨骨折有限元分析,分析股骨及三种内固定模型的最大Mises应力。
图(1)股骨骨折分析
医疗器械尤其是骨折固定器,对力学性能的要求非常严格。以骨折内固定用的接骨板为例,板上的钢钉安装孔容易造成应力集中,导致接骨板断裂。同时,接骨板又不能做得过于坚硬,否则会对愈合骨产生强大的应力遮挡作用,影响骨愈合。而有限元法的出现有效解决了上述问题,通过有限元计算,能够显示固定结构的应力、应变和位移分布,使设计者了解其力学特性,发现结构强度或刚度的薄弱点,从而改进和优化设计,以满足医疗器械的力学性能要求。
复杂如人脑、心脏,小到注射器、药丸包装,CAE仿真在生物医学工程领域发挥着越来越大的作用!
图(2)颅面骨、颌骨仿真分析
图(3)脑积水病人脑部应力和速度场分布分析
图(4)心脏的流固耦合分析
图(5)肺部气流分析
图(6)血液流动现象分析
图(7)膝关节半月板模拟分析
图(8)足部骨骼及韧带仿真分析
图(9)注射器力响应密封性分析
图(10)药丸的封装、解封分析
人类系统复杂而精密,而现代生物医学工程是综合生物学、医学和工程学(包括计算机科学、信息科学)的边缘学科,属于高科技领域。其研究领域不仅涉及到人体骨骼结构、血液流动等生命科学,还涉及到医疗设备、电子仪器等电子、机械科学领域。
随着计算机计算能力的提高和数值计算技术的进步,生物医学工程领域也逐渐应用有限单元法进行设计和分析,CAE分析的作用日渐凸显。
无法实测的场景,昂贵的试验费用等,其实都限制了生物医疗领域的深入研究与发展。而CAE仿真分析技术的应用很大程度上弥补了这种局限性,降低了对物理实测的依赖,其可重复性、高效率和通用性也显示出极大的优势,提高测试效率,节省了医疗器械开发时间和成本,提升产品可靠性。
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