行業(yè)：醫(yī)療

    挑戰(zhàn)：避免昂貴的物理測(cè)試

    Altair 解決方案：利用 HyperMesh 進(jìn)行有限元分 析

    優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約成本；精確分析

    背景介紹 

    WJH工程咨詢（WJHEngineeringConsultants）位于美國(guó)田納西州的查塔努加，為眾多美國(guó)大型醫(yī)療器械開發(fā)商提供有限元分析和設(shè)計(jì)服務(wù)。該公司的專業(yè)能力涉及用于植入性醫(yī)療器械的高端材料，血管支架、過(guò)濾器與心臟瓣膜的設(shè)計(jì)和分析，以及整形 融合設(shè)備、關(guān)節(jié)置換和儀器的設(shè)計(jì)和分析。公司總裁JimHarrison于2004年成立了WJH 工程咨詢公司，他曾任GuidantCorporation的研發(fā)經(jīng)理、Smith&Nephew整形外科的高級(jí)研發(fā)工程師以及聯(lián)合技術(shù)研究中心的研究工程師。

    Harrison與醫(yī)療器械生產(chǎn)公司的工程師共同進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，也直接與醫(yī)生一起了解 這些產(chǎn)品的臨床應(yīng)用情況，包括能夠滿足人體要求的負(fù)載和位移變形等。他為大多數(shù)客戶設(shè)定的目標(biāo)是確保器械能夠承受住人體的負(fù)重和進(jìn)行正常運(yùn)動(dòng)，并且能夠達(dá)到美國(guó)食 品藥物管理局（FDA）的測(cè)試要求。

    在有些情況下，Harrison需要進(jìn)行分析，除此之外，他也會(huì)做一些設(shè)計(jì)工作。作為有限元分析顧問(wèn)，他會(huì)建議公司使用最佳的方法來(lái)分析他們的設(shè)計(jì)以證明產(chǎn)品的安全性和有效性，以及獲得FDA認(rèn)證。  

    挑戰(zhàn) 

    通常，醫(yī)療器械設(shè)計(jì)公司會(huì)面對(duì)大量令人眼花繚亂的不同版本和尺寸的產(chǎn)品。例如，Harrison為一家脊髓器材公司進(jìn)行體間融合器的研究，包括七個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)線的分析。基于高度和直徑的不同，這些生產(chǎn)線劃分為總共20種不同大小的產(chǎn)品。要求所有的器械與現(xiàn)已通過(guò)的植入器械相比，新的產(chǎn)品在FDA要求的三個(gè)測(cè)試中，即：軸向測(cè)試、扭力測(cè) 試和聯(lián)合軸向與扭力測(cè)試中達(dá)到其水平或更高一籌。

    “公司已經(jīng)開始通過(guò)物理測(cè)試進(jìn)行研發(fā)流程，并盡量證明哪些物理測(cè)試是可以省去的，”Harrison說(shuō)到，“但是他們?nèi)耘f需要超過(guò)10萬(wàn)美元的物理測(cè)試費(fèi)用。”     

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    “無(wú)數(shù)軟件公司聲稱他們擁有和HyperMesh建模能力相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，但是當(dāng)我試用的時(shí)候，這些軟件并不得心應(yīng)手，而且并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)他們所說(shuō)的節(jié)省時(shí)間。HyperMesh使我能夠快速建立一個(gè)真正精準(zhǔn)的網(wǎng)格模型。”

                                                                                                                            JimHarrison,

                                                                                          WJHEngineeringConsultants總裁                                                                                                                

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    解決方案

    Harrison在社區(qū)醫(yī)療器械制造商中備受敬重，在設(shè)計(jì)和分析階段他使用有限元分析產(chǎn)品模型，物理測(cè)試費(fèi)用得到明顯降低。Harrison自他任職于Guidant時(shí)就已使用AltairHyperWorks軟件中的前處理工具HyperMesh，現(xiàn)已超過(guò)10年。

“那時(shí)候，我看了多個(gè)備選的前處理軟件，HyperMesh是最符合我們的工作需求，”他回憶道，“其他的軟件對(duì)我們的建模要求提供很少的技術(shù)支持。它們的功能有限，遠(yuǎn)不如HyperMesh功能強(qiáng)大。” 

  

    結(jié)論 

    在脊髓設(shè)備研究中，Harrison報(bào)告，“我的分析花費(fèi)了公司物理測(cè)試費(fèi)用的1/20，并且只用了大約1/10的時(shí)間完成。在我使用HyperMesh的解決方案快速高效生成模型后，公司評(píng)估了所有的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)了3個(gè)潛在的最壞情況下進(jìn)行了物理測(cè)試。這些測(cè)試與我的分析結(jié)果是一致的。”   

進(jìn)行物理測(cè)試時(shí)，公司需要完全將測(cè)試機(jī)器分別測(cè)試在扭轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)。使用HyperMesh是進(jìn)行有限元分析中的關(guān)鍵因素，Harrison可以改變邊界條件，使用相同的模型，通過(guò)改變位移和載荷等邊界條件進(jìn)行不同的分析。

Harrison表示HyperMesh效率如此之高，項(xiàng)目進(jìn)行情況比預(yù)期要快很多：“我曾經(jīng)有幾次就基于以前的網(wǎng)格劃分及分析的經(jīng)驗(yàn)而估高了客戶的成本。我和客戶都很驚訝于HyperMesh的快捷、輕松的網(wǎng)格劃分和建模功能，因?yàn)榭梢钥焖俳⒄嬲珳?zhǔn)的網(wǎng)格，建模速度多次超過(guò)我的預(yù)期，這節(jié)省了我們不少時(shí)間和金錢。”

值得期待的是，Harrison正在評(píng)估HyperWorks中新一代的有限元求解器RADIOSS來(lái)代替他使用多年的求解器。他表示：“我正在考慮使用RADIOSS，因?yàn)橹灰軌虻玫侥阆胍墓δ埽軌蚴褂猛惶桩a(chǎn)品終究是受益的。”

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