支架仿真的案例
ABAQUS--醫(yī)療器械-NiTi自擴(kuò)張支架置入動(dòng)脈瘤彎曲血管仿真
目前支架類仿真常見(jiàn)的一般為簡(jiǎn)化的仿真過(guò)程。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們時(shí)常簡(jiǎn)化省略掉支架植入血管這一過(guò)程，原因在于該仿真過(guò)程接觸復(fù)雜，操作步驟多而困難，而支架置入血管的仿真過(guò)程又通常為檢驗(yàn)支架柔順性能的重要步驟，所以一個(gè)完整的仿真設(shè)計(jì)過(guò)程需要加入支架植入。此外，真實(shí)血管內(nèi)壁與支架的接觸作用同樣很重要。在該視頻教程中，加入了通過(guò)逆向工程生成的真實(shí)血管模型，也考慮了支架的置入過(guò)程。
視頻的主要內(nèi)容為NiTi自擴(kuò)張支架置入動(dòng)脈瘤彎曲血管仿真的全過(guò)程，通過(guò)學(xué)習(xí)可以了解到以下幾點(diǎn)：
1、掌握支架壓握擴(kuò)張的仿真內(nèi)容；
2、支架輸送進(jìn)彎曲血管的詳細(xì)方法；
3、支架類仿真的先進(jìn)方法；
3、Abaqus仿真的操作過(guò)程，包括網(wǎng)格劃分，接觸屬性，邊界條件的設(shè)置；
4、NiTi超彈性材料的設(shè)置；
5、六階多項(xiàng)式血管材料的設(shè)置；
6、支架類仿真不收斂，失效的問(wèn)題解答；
該仿真實(shí)例教程通過(guò)PPT講解與實(shí)操相結(jié)合的方式進(jìn)行，PPT主要從四個(gè)方面著手，a、模型介紹與網(wǎng)格劃分；b、材料屬性與分析步；c、相互作用與邊界條件；d、重點(diǎn)注意部分。
部分結(jié)果展示：
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展開(kāi) 液壓支架三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真
液壓支架三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真.doc
零基礎(chǔ)如何通過(guò)仿真評(píng)估血管支架疲勞壽命 ￥19
醫(yī)療器械對(duì)產(chǎn)品的安全和穩(wěn)定性要求非常嚴(yán)格，依據(jù)《YY/T 0663.2-2016血管支架》耐久性是一項(xiàng)最重要的需要嚴(yán)格評(píng)估的物理性能。但是通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證的周期非常耗時(shí)燒錢，疲勞測(cè)試需要累計(jì)振動(dòng)3.8億次，一般至少也要耗時(shí)數(shù)月。如果在研發(fā)初期引入有限元方法對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，可以減少不必要的疲勞測(cè)試大大降低研發(fā)投入縮短產(chǎn)品驗(yàn)證的周期。另外在疲勞測(cè)試時(shí)也不可能對(duì)所有規(guī)格全部進(jìn)行疲勞測(cè)試，依據(jù)《YY/T 0808-2010血管支架體外脈動(dòng)耐久性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》5.2和5.4要求，在規(guī)格選擇上需要充分說(shuō)明選擇的依據(jù)，而有限元方法是一種非常高效的理論分析依據(jù)。
假如你只是一個(gè)普通的研發(fā)工程師而公司又沒(méi)有仿真工程師，你對(duì)材料力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元等學(xué)科不甚了解，那么該如何完成上述工作呢？下面為你介紹整個(gè)血管支架的疲勞仿真流程，以及血管支架記憶合金的材料特性。
鎳鈦合金材料模型
用于評(píng)價(jià)疲勞壽命的Goodman曲線
stent.zip
1.軟件安裝
本項(xiàng)目使用ansys Workbench19.2完成，具體軟件包文件和安裝方法可以添加微信號(hào)Destiny_123D尋求獲得并免費(fèi)安裝指導(dǎo)。
展開(kāi) 支架植入手術(shù)中CAE仿真的應(yīng)用
根據(jù)這些參數(shù)，我們可以詳細(xì)推測(cè)出膨脹的球囊被移除時(shí)支架的性能表現(xiàn)。
以上案例利用CAE仿真知識(shí)，醫(yī)療研究人員能夠有效改進(jìn)支架的設(shè)計(jì)，并優(yōu)化其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的應(yīng)用。除了外科手術(shù)過(guò)程中所需的醫(yī)療設(shè)備，CAE仿真技術(shù)還在生物醫(yī)療其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并為人們的生命健康提供更多幫助。
汽車副車架擺臂固定支架強(qiáng)度CAE仿真分析
汽車副車架擺臂固定支架強(qiáng)度CAE仿真分析
1.前言：
副車架是一個(gè)支撐車橋和懸架的支架，汽車的行駛系統(tǒng)（也就是車橋，包括車輪、輪軸、差速器等部件）通過(guò)懸架元件先安裝在這個(gè)支架上，再作為一個(gè)整體總成，用起減振抗扭作用的彈性橡膠墊連接到車身上。副車架的作用，相當(dāng)于在懸架和車身之間增加了一級(jí)緩沖，它減輕了車身的負(fù)荷，可以明顯改善整車的舒適和操控性。通過(guò)CAE仿真指出極限載荷條件下，副車架擺臂固定支架靜強(qiáng)度的應(yīng)力分布，為進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
2.使用軟件：
HyperMesh，Abaqus，MSC Adams
3.分析方案描述
本次分析主要分三步。
第一步，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出極限工況下前輪的受力情況。極限工況有三種：顛簸、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎，基本可以涵蓋車輛在行駛過(guò)程中所受到的極限載荷。三種工況具體參數(shù)設(shè)置及計(jì)算結(jié)果如下表所示：
工況
前輪受力（N）
Fx
Fy
Fz
顛簸（az=2.5g）
0
0
9442
制動(dòng)（ax=0.8g az=1g）
5140
0
6425
轉(zhuǎn)彎（ay=0.8g az=1g）
0
0
左7307.3 右238.7
第二步，在MSC Adams中建立前懸架及車輪的動(dòng)力學(xué)模型，將第一步的計(jì)算結(jié)果做為載荷加載到動(dòng)力學(xué)模型上，計(jì)算副車架左側(cè)擺臂固定支架受力情況。
展開(kāi) 槽式太陽(yáng)能聚光板支架螺栓強(qiáng)度仿真
其中太陽(yáng)能聚光器由許多彎曲的反射板組合裝配而成，安裝在支架上。吸熱管或接收器管沿著每個(gè)拋物形反射板的焦線固定安裝，用以吸收太陽(yáng)輻射能，傳熱工質(zhì)都要從太陽(yáng)能集熱管中流過(guò)，從而產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，直接輸送到渦輪機(jī)用以發(fā)電。槽式太陽(yáng)能聚光板支架工作環(huán)境惡劣，風(fēng)力會(huì)大大影響支架螺栓壽命，選擇合適的強(qiáng)度的螺栓能提高太陽(yáng)能聚光板的使用壽命。本仿真就聚光板的螺栓進(jìn)行仿真分析。
2.計(jì)算原理
由于槽式太陽(yáng)能支架工作時(shí)，每天承受不同風(fēng)級(jí)載荷的作用?？紤]常規(guī)使用環(huán)境可能經(jīng)受的風(fēng)級(jí)及可忽略情況，6-12級(jí)風(fēng)載情況下對(duì)槽式太陽(yáng)能支架的影響。風(fēng)載工況如表所示。
3.槽式太陽(yáng)能承受風(fēng)載工況
序號(hào)
風(fēng)載等級(jí)
換算載荷/Pa
1
4
60.23
2
6
114.56
3
8
257.5
4
10
491.25
5
12
800
3.材料屬性
仿真采用Q235剛作為聚光板支架，材料屬性如圖。
4．網(wǎng)格劃分
5.施加約束
槽式太陽(yáng)能支架的連接采用剛性連接方式，方鋼與太陽(yáng)能反光板支架底座上的焊接采用剛性連接，底座與反光板支架采用螺栓連接，螺栓與螺栓孔之間的接觸定義為“表面與表面接觸”，法向定義為“硬”接觸，切向定義為“罰”；在模型中反光板的與支架的連接處施加全約束。在反光板的外側(cè)施加于板面相垂直的均布荷載模擬風(fēng)荷載。
6.計(jì)算結(jié)果
7.結(jié)論
鋼結(jié)構(gòu)連接螺栓的性能等級(jí)分為10多個(gè)等級(jí)，例如3.6、4.0、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。螺栓等級(jí)的特定含義是例如代表拉伸強(qiáng)度的等級(jí)4.8的螺栓。
展開(kāi) ANSYS-WB_心血管支架仿真案例 ￥10
1 問(wèn)題描述
球囊血管成形術(shù)是一種程序，其中球囊導(dǎo)管裝載有凹陷的支架，并通過(guò)心血管系統(tǒng)到達(dá)患病的冠狀動(dòng)脈。 一旦就位，球囊就會(huì)膨脹到預(yù)定的直徑，從而使球囊和支架迅速膨脹。 球囊將支架向外推，破碎并向外推動(dòng)斑塊沉積物，并為血液流向缺乏營(yíng)養(yǎng)的壁掃清道路。 這種擴(kuò)張也會(huì)導(dǎo)致金屬支架塑性變形，提供一個(gè)桁架系統(tǒng)來(lái)保持動(dòng)脈暢通。
FEA 能夠識(shí)別冠狀動(dòng)脈支架的一些機(jī)械特性，而這些特性使用傳統(tǒng)的機(jī)械測(cè)試可能不容易獲得。 美國(guó)食品和藥物管理局 (FDA) 認(rèn)可 FEA 的強(qiáng)大功能，并建議設(shè)備提交需要將模擬作為驗(yàn)證工具； FEA 支架提交通常包括反沖百分比、球囊膨脹引起的最大應(yīng)力和殘余應(yīng)力等數(shù)據(jù)。
探索了由于球囊充氣而膨脹球囊支架組件而發(fā)生的機(jī)械響應(yīng)，然后是球囊放氣。 這些步驟導(dǎo)致成功部署冠狀動(dòng)脈支架。 本報(bào)告的最終結(jié)果包括支架的詳細(xì) FEA，它反映了 FDA 概述的真實(shí)世界提交數(shù)據(jù)，并研究了反沖百分比、最大應(yīng)力的關(guān)鍵位置、這些關(guān)鍵位置的應(yīng)力大小，以及塑性變形引起的殘余應(yīng)力 .
為本教程生成的模型是一個(gè)簡(jiǎn)單的支架幾何形狀，僅為了本教程的目的而制作，并不反映最佳支架設(shè)計(jì)。
2 預(yù)分析
在預(yù)分析步驟中，我們將審查以下內(nèi)容：
數(shù)學(xué)模型：我們將研究控制方程 + 邊界條件以及包含在這個(gè)復(fù)雜的非線性數(shù)學(xué)模型中的假設(shè)。
Ansys 中的數(shù)值求解過(guò)程：我們將簡(jiǎn)要概述 Ansys 用于求解非線性問(wèn)題的求解策略，包括材料非線性和接觸非線性。
預(yù)期結(jié)果的手工計(jì)算：我們將使用我們的力學(xué)直覺(jué)和數(shù)學(xué)模型知識(shí)來(lái)預(yù)測(cè) Ansys 的預(yù)期解決方案。 我們將密切關(guān)注為獲得解析解而必須做出的其他假設(shè)。
數(shù)學(xué)模型
在這里，查看控制方程，我們必須評(píng)估通過(guò)將材料和接觸非線性添加到模型中會(huì)發(fā)生什么。
展開(kāi) 血管支架卷曲仿真模型
人工支架是治療冠心病的一種常用方法。人工支架可以增加流向心臟的血液流動(dòng)，但也會(huì)帶來(lái)并發(fā)癥，因?yàn)榛颊咝呐K周圍的動(dòng)脈具有不規(guī)則的解剖結(jié)構(gòu)。自膨脹式支架是人工支架的一種，它能夠貼合血管，并隨著血管的變化而變化。
由于形狀記憶合金在經(jīng)歷相變后會(huì)“記住”其原始形狀，因此它們能夠自我膨脹。自膨脹式支架不是被制造成卷曲狀態(tài)，而是先被制造成稍大于血管直徑，然后在低溫下被卷曲并限制為較小的直徑，直到到達(dá)輸送位置。移除限制后，支架將展開(kāi)并可以恢復(fù)到血管直徑尺寸。
本案例模擬了由形狀記憶合金制成的動(dòng)脈支架的卷曲變形過(guò)程。仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友歡迎交流
展開(kāi) 行業(yè)應(yīng)用方案 | 面向設(shè)計(jì)的仿真 —— Ansys Discovery
一、交通運(yùn)輸
設(shè)計(jì)工程師優(yōu)化概念方案
支架結(jié)構(gòu)仿真
變速器撥叉強(qiáng)度分析
后鋼板彈簧前支架仿真
驅(qū)動(dòng)橋強(qiáng)度分析
發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置支架結(jié)構(gòu)分析
車身支架模態(tài)分析
噴管熱分析
外流場(chǎng)分析
內(nèi)流場(chǎng)分析
螺栓預(yù)緊力分析
電池結(jié)構(gòu)仿真
二、電子電器產(chǎn)品
概念設(shè)計(jì)仿真
機(jī)箱熱分析
PCB板模態(tài)
支架結(jié)構(gòu)仿真
連接器電熱應(yīng)力分析
三、航空航天
噴管支架結(jié)構(gòu)仿真
外流場(chǎng)分析
油箱內(nèi)流場(chǎng)分析
起落架強(qiáng)度分析
板塊模態(tài)分析
設(shè)計(jì)工程師在概念設(shè)計(jì)階段的實(shí)時(shí)仿真設(shè)計(jì)優(yōu)化工具
為滿足當(dāng)下快速的設(shè)計(jì)要求，需要一個(gè)快速設(shè)計(jì)平臺(tái)，能在設(shè)計(jì)的前端，由設(shè)計(jì)工程師實(shí)施快算完成設(shè)計(jì)迭代，即能保證設(shè)計(jì)方向的正確性，又能快速提升設(shè)計(jì)工程的產(chǎn)品研發(fā)專家經(jīng)驗(yàn)的積累，并留給
展開(kāi) 覆膜支架植入血管仿真分析
柔順性是各類支架臨床應(yīng)用的關(guān)鍵特征之一，決定了支架適應(yīng)血管的能力。如果柔順性不足，在植入彎曲血管時(shí)，支架容易扭曲，引起并發(fā)癥。相反，良好的柔 順性使擴(kuò)張支架能夠跟隨血管的輪廓，減少支架血管界面處的變形。因此，柔順性 的提高將擴(kuò)大支架在血管解剖形態(tài)上的廣泛應(yīng)用。如果擴(kuò)張的支架由于缺乏柔順性而不能很好地適應(yīng)動(dòng)脈，則可能導(dǎo)致內(nèi)漏。因此，提高支架的柔順性也可以增強(qiáng)密封效果，最大限度地減少內(nèi)漏等并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)血管彎曲半徑越小，且彎曲夾角越小時(shí)，對(duì)支架的柔順性要求也越高，也更加容易在支架端部出現(xiàn)鳥(niǎo)嘴現(xiàn)象。即彎曲端部?jī)?nèi)側(cè)支架與血管間存在空隙不能形成有效的密封，而主動(dòng)脈弓處的血管半徑與血管彎曲角度都是對(duì)支架柔順性極具挑戰(zhàn)的一處血管，在臨床中“鳥(niǎo)嘴”現(xiàn)象對(duì)術(shù)后病人的恢復(fù)會(huì)存在巨大影響，同時(shí)則增加內(nèi)漏的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)提高支架的柔順性，可大幅度減小發(fā)生“鳥(niǎo)嘴”構(gòu)型的概率。
通過(guò)有限元能夠獲得支架植入后血管的形態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變分布，得到相應(yīng)的力學(xué)信息。
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展開(kāi) 通過(guò)仿真快速評(píng)估血管支架的徑向支撐力 ￥6
徑向支撐力是評(píng)價(jià)自擴(kuò)張血管植入支架的固定有效性的重要項(xiàng)目之一，如果僅通過(guò)打樣測(cè)試的方法則費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)銀子，采用有限元的方法可以快速評(píng)估不同支架結(jié)構(gòu)（波數(shù)、波高、絲徑、波峰谷弧度等）的徑向支撐力。
更多精彩內(nèi)容關(guān)注微信公眾號(hào)：CAE案例酷
冠脈支架平板支撐力abaqus仿真分析 ￥19
平板支撐力和徑向支撐力是評(píng)估冠脈支架力學(xué)性能的兩個(gè)重要方法，研究表明兩種測(cè)試方法在表征冠脈支架力學(xué)性方面表現(xiàn)出一致性。平板支撐力的方法較容易實(shí)現(xiàn)，具體方法如圖0.1所示，在拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上下夾頭分別安裝平板，將被測(cè)支架放置于下支撐板上，設(shè)置拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)下壓的速度，上壓板開(kāi)始接觸支架到壓縮到一定行程，傳感器記錄該過(guò)程的位移和力的數(shù)據(jù)。由于上述壓縮是一個(gè)緩慢的過(guò)程，可以認(rèn)為壓縮速度不對(duì)測(cè)試結(jié)果造成明顯偏差，即認(rèn)為是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，利用ABAQUS靜力學(xué)模塊可以模擬該過(guò)程。
圖0.1平板支撐力測(cè)試示意圖
圖0.2 CAE模擬平板支撐力的壓縮過(guò)程
最常困惑產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者的不僅是測(cè)試周期的漫長(zhǎng)，因?yàn)閺脑O(shè)計(jì)，采購(gòu)物料，加工，測(cè)試是非常消耗時(shí)間的，但是這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)有限元的方法來(lái)縮減開(kāi)發(fā)周期及減少迭代的次數(shù)；另一個(gè)困惑是產(chǎn)品性能的確定，支架的支撐力越大越好還是越小越好？當(dāng)然是合適最好，但是如何確定一個(gè)安全，可靠，有效的性能參數(shù)比產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)試要更復(fù)雜一些。
下面主要詳解幾點(diǎn)：
1.通過(guò)step by step詳細(xì)介紹支架平板支撐力的仿真過(guò)程
2.仿真使用的材料參數(shù)是如何通過(guò)測(cè)試獲得的
3.如何定義支架的力學(xué)性能參數(shù)
展開(kāi) 心臟支架結(jié)構(gòu)仿真分析專題培訓(xùn)，歡迎報(bào)名
心臟支架結(jié)構(gòu)仿真分析專題培訓(xùn)，歡迎報(bào)名
血管支架強(qiáng)度/剛度有限元仿真-（1）
介紹：藥物置于氣囊中，達(dá)到指定位置后藥物釋放，膨脹撐起支架，致使支架發(fā)生塑性變形，氣囊釋放完后回縮。支架但由于塑性形變的產(chǎn)生，自身?yè)纹鹧埽寡苤睆阶兇?，即可達(dá)到使血液更好流通的目的。
1 仿真計(jì)算流程
本次仿真計(jì)算流程如下：
（1）依據(jù)所提供參數(shù)，建立各部件的三維模型（于CATIA中完成）；
（2）完成各部件的網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行裝配（于HYPERMESH中完成）；
（3）保存各部件的INP文件，導(dǎo)入ABAQUS中進(jìn)行有限元分析；
（4）獲取有限元分析結(jié)果，并對(duì)所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行后處理；
（5）完成報(bào)告的撰寫。
2有限元模型的建立
2.1血管支架有限元模型的建立
血管支架二維模型簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。
圖2-1 血管支架三維模型簡(jiǎn)圖
圖中參數(shù)說(shuō)明如下：
Rstent=0.75；Lstent=8.0；hc=0.9；dH=2π*Rstent/Ny (Ny=12)；P1=0.25 P2=0.5；Wstrut=0.1；Tstrut=0.1 (也就是大S形狀矩形截面的長(zhǎng)寬，小S形狀的為Wstrut一半，Tstrut一樣大)
按照以上參數(shù)在CATIA中建立支架模型，如圖2-2所示。由于模型為軸對(duì)稱模型，因此建模時(shí)只需要建立一部分，劃分網(wǎng)格后通過(guò)鏡像、對(duì)稱等操作即可獲得整個(gè)支架完整的有限元模型，網(wǎng)格劃分在HYPERMESH中完成，如圖2-3.
圖2-2 血管支架實(shí)體模型
圖2-3 血管支架有限元模型
模型全部為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計(jì)99390個(gè)單元，130176個(gè)節(jié)點(diǎn)。
2.2氣囊有限元模型的建立
氣囊三維模型參數(shù)為，長(zhǎng)度為10mm，直徑為1.6mm，厚度為0.02mm。
展開(kāi) 基于多螺栓組合連接的預(yù)緊力支架強(qiáng)度仿真 ￥20
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