Mimics的有限元應用

這篇文章主要來講講Mimics怎樣應用于生物力學的有限元分析,這個也是現在很多人比較關心的。


很多人或許都有這樣的誤解,認為Mimics是有限元分析軟件,這是個錯誤的認識。Mimics只是提供了斷層掃描圖片到生物力學分析的橋梁,而不是一個求解器。做生物力學有限元分析,首先要解決是的模型的問題,接下來是賦材質的問題。為什么要解決這兩方面的問題呢?


要進行生物力學有限元分析首先要解決是模型問題,但是這是個難題。當前的建模軟件很多,但是由于解剖結構的復雜性,曲面的任意性,所以當前最高端的CAD軟件也沒有辦法設計出符合需要的解剖結構模型。另外一種方法可能是使用傳統的逆向工程的方法,就是對真實的解剖結構進行掃描,然后利用逆向軟件進行三維重建。但是這樣做也不可避免的模型不精確的問題,因為采用這種方法只能得到解剖結構的外部輪廓,而對于內部結構就無能為力了。再者,對于結構復雜的組織也是沒有辦法使用逆向的方法重建的。由于不能得到有限元的模型,所以很長一段時間,解剖結構的生物力學有限元分析都不能很好的開展下去。但是現在國外已經有很多生物力學有限元的分析案例了,因為Mimics可以很好的解決模型問題。Mimics有強大的基于斷層掃描圖像的建模功能,這一點是有目共睹的。但是最為重要的是Mimics提供了多個有限元軟件的接口,通過這些接口可以將重建的三維模型輸出。目前Mimics提供的接口主要有patran、nastran、abaqus、fluent和ansys。有人可能有這樣的想法,這些有限元軟件讀入Mimics輸出的文件,就可以進行有限元分析。這是個錯誤的想法,首先Mimics三維重建后的模型是面網格格式的模型,所以被讀入到有限元軟件中不能直接進行有限元分析。相反地,Mimics輸出的面模型,被讀入到有限元軟件主要是做體網格的劃分。前面提到地5個有限元軟件,其相應地前處理軟件包都可以高效地對Mimics輸出的面網格模型進行體網格劃分。


生物力學有限元的第二個要解決的問題是賦材質問題。前面提到地5個有限元軟件的前處理軟件包,在處理生物模型的材質分配的時候,都會有問題。因為生物結構地材質分布不均一,同時各種材質的分布界限是非線性的。所以使用有限元前處理軟件包對生物模型賦材質,達不到很好的結果。Mimics提供了一種高效的材質分配方法,Mimics使用地方法是利用灰度值的方法。


總之,Mimics通過斷層掃描圖片,可以為生物力學有限元分析提供精確的模型,可以為模型精準的賦材質。



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