生物医疗有限元分析实践应用

  10+年企业资深工程师，从事生物医疗行业有限元分析实践经验丰富，与众多医疗设备企业及医学研究中心长期合作，在医疗设备研发、生物医疗方案研究创新获得了诸多专利。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。

生物医学有限元分析涉及领域

·骨科产品  ·医学紧固件  ·眼建模  ·软组织仿真  ·医疗包装  ·医疗电子系统  ·虚拟生物力学  ·膝盖替换  ·人体建模  ·软组织和关节建模

·医院设备  ·激光焊接  ·消融导管  ·牙科植入物  ·机械连接器  ·假肢  ·起搏器  ·血管植入物  · 除颤器  ·心脏瓣膜置换手术

医学生物有限元分析-涉及仿真类型项目

·结构分析  ·耐用性和疲劳  ·流体结构相互作用  ·先进的非线性材料  ·运动结构相互作用  ·机构模拟  ·系统级性能和优化

·跌落测试和包装分析  ·模拟数据和流程管理  ·生产仿真  ·生物相容性材料分析  ·非线性和接触建模  ·应力和应变分析

·优化设计  ·噪音和振动  ·运动和系统分析  ·热与传热分析  ·声学分析  ·多学科分析  ·材料建模(粘弹性、形状记忆等)

生物医学有限元分析流程

  将格式为 DICOM 的 CT 数据导入电脑，使用 Mimics 软件提取图像，依据不同组织的灰度值进行自动化阈值分割区分，初步分离出研究的部位主体模型及周围各部分组织等 STL 模型 ；将 STL 模型导入 Geomagic软件，抹去模型钉状物和多余特征处理，然后对模型进行优化光滑处理，使用精确曲面模块探测模型轮廓线，对变形或者不合理的轮廓进行编辑，适当添加轮廓线以方便生成曲面片；曲面片生成成功后拟合曲面，然后将拟合完成的曲面，将光滑后的模型导出为通用的STEP格式模型数据文件；接着使用 SolidWorks 软件对 STEP 模型进行相关模型装配处理操作；之后将建立好的模型导入到 ansys软件，赋予对应的材料参数与载荷，最后对建立好的模型进行相关力学分析如。

精细网格是仿真准确性的基础

  精细有限元网格划分是仿真结果准确性的基础，有限元分析时，网格划分越密，计算结果一般来说越趋近于真实解。网格划分越密，就直接导致计算的规模和存储空间迅速增加，从而降低计算效率，所以说，在计算效率、存储空间、精确度这三个方面要有所权衡，在满足求解精度的条件下，尽量使得计算效率高、存储空间小。若将来有一天，计算机技术发展到我们不在为计算效率、存储空间所困扰的话，我想现在的有限元分析工程师可能就失去了他百分之六七十的存在价值了，因为有限元分析已经变得再简单不过了，只要把网格划分的足够密，我们就能快速地得到满意的结果了。

  然而，现实是我们没法这么做。对于一个工程问题来说，我们可能在有限元建模，尤其是网格划分上，花费大量的人力、物力，网格划分的好坏在很大程度上依赖于分析人员的实际工作经验， 对于网格疏密的把握大致是将所关心的区域划分得细密些、将应力梯度变化大的地方加密些、动力学网格细密度比静力学高、结构分析网格比电磁分析网格稀疏。

膝关节假体有限元分析

承接医学有限元分析项目，例如：盆骨、腰椎、颈椎、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 等分析。

医学生物有限元分析涉及软件

ANSYS：

应用领域：结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析

应用范围：航空、航天、电子、车辆、船舶、交通、通信、建筑、电子、医疗、国防、石油、化工等众多行业。

ABAQUS：

应用领域：静态应力/位移分析、动态分析粘弹性/粘塑性响应分析、热传导分析、质量扩散分析、耦合分析、非线性动态应力/位移分析、瞬态温度/位移耦合分析、准静态分析、退火成型过程分析、海洋工程结构分析、水下冲击分析、柔体多体动力学分析、疲劳分析、设计灵敏度分析、材料模型

应用范围：金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料及土壤和岩石问题、热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析、压电解质分析、航空、汽车、船舶、土木、电子、材料成型加工、石化。

SolidWorks：

应用领域：3D 实体建模、钣金设计、零件设计

应用范围：航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等

Fluent：

应用领域：流体分析、热传递

应用范围：航空航天、燃料电池、生物医药、钢铁冶金、船舶、电子电气、汽车、机械、化工、电力、环境、石油、建筑、空调玻璃、搅拌。

ANSYS CFX：

应用领域：流体动力学分析、辐射传导热分析、声学与噪声分析、燃烧与化学反应分析、流固耦合分析、相变/多相流分析、旋转机械分析

应用范围：航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术,水处理、火灾安全、冶金、环保等。

UG：

应用领域：工业设计、产品设计、CNC加工、模具设计

应用范围：航空航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域

CATIA：

应用领域：三维结构设计、设计中的应力、位移、振动等分析

应用范围：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计（主要是钢构厂房）、建筑、电力与电子、消费品和通用机械制造。

FlOW-3D：

应用领域：流体分析

应用范围：航天工程、水利及环境工程、海岸及船舶工程、多孔材料液体流动模拟徼流道应用、铸造模拟、材料涂层模拟。

多元化的服务类型

包括项目承接、软硬件选型配置、专业化定制二次开发、技术培训、项目供应链管理、

人员培养、定点技术支持等，为客户投入实现效益最大化。

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