基于有限元方法的心脏表面建模

利用有限元与生物力学原理构建心脏表面运动的有限元方程,快速建立四面体网格的有限元心脏模型,模拟心脏的动态形变,从心脏的三维表面恢复、应力应变分析和三维运动建模等方面着手,分析计算心脏在收缩期相邻时刻的应力分布及形变情况,有效地模拟了心脏的动态形变。实验结果表明了该方法的有效性和可行性。     

基于医学体数据生成四面体网格的方法

为了从医学体数据直接构造四面体网格,提出一种基于栅格的网格生成算法.该算法的主要思想是从背景栅格中提取并填充代表区域边界的等值面.首先,对医学体数据进行预处理与采样,构建一个背景栅格.其次,用对偶方法从栅格提取三角表面网格,用于分段线性逼近等值面.然后,对栅格中所有位于等值面之内或与等值面相交的立方体,用预定义的模板分解成四面体单元.最后,用Laplacian平滑技术优化四面体网格.在均匀网格的基础上,研究了自适应网格生成算法,在保持网格几何精度的同时精简单元数量,以提高有限元计算效率.给出了从CT数据生成人体股骨远端四面体网格的实例,该网格模型被用于虚拟膝关节镜手术.     

半椭圆表面裂纹的有限元仿真

基于MSC Marc有限元软件,采用模块化有限元建模技术和接触技术仿真半椭圆表面裂纹(前缘曲线和节点),采用在裂纹前缘形成辐射状奇异单元网格的建模方法和接触技术来施加边界条件的方法,从而实现裂纹前缘奇异应力场和裂纹模型远场应力的模拟.     

基于二维轮廓序列的膝关节三维重建

提出了一个基于二维轮廓序列的四面体网格生成方法,用于医学图像三维几何模型重构.该方法首先对各选定的断层图像提取目标轮廓并做分支匹配等处理,然后生成各轮廓内部平面域的三角网格,最后在相邻断层之间根据三角网格连接四面体单元.该方法被应用于人体膝关节虚拟手术系统的三维几何建模,得到的膝部股骨模型包含494个节点和2 046个四面体单元,膝部脂肪模型包含2 854个节点和14011个四面体单元,这些模型被成功地应用于膝关节手术仿真,从而证明了该三维模型重建方法的可行性和有效性.     

基于结构化网格自动划分的汽车发动机强度分析

使用三维设计软件CATIA设计了汽车发动机的复杂结构,然后在网格划分软件HARPOON中将设计的发动机零件自动划分为以结构化六面体网格为主的有限元网格,最后在大型非线性有限元软件ABAQUS中,分析了发动机在静力和动力作用下的应力分布.计算结果表明,采用结构化六面体网格,单元数量少,计算速度快,结果可靠;而采用四面体网格,单元数量大,对于同样配置的计算机,无法进行四面体网格的模型的计算.网格尺寸增加后,单元数量减少,计算机可以计算四面体网格模型,但计算结果与六面体网格偏差比较大.     

基于三角网格模型的心脏超声图像三维表面重建

心脏超声图像三维表面重建方法的研究对心血管疾病诊断有重要意义,传统方法受医学超声图像噪声影响较难获得准确的表面重建结果。本文研究提出三角网格模型,通过对初始三角网格进行形变,逐渐逼近目标腔体边缘,实现三维表面重建。本文方法重建后的三维表面整体形态上较接近真实心脏腔体,本文方法为心脏超声图像三维表面重建开辟了一条新的途径。     

改进的采用表面网格的弹簧振子模型

提出一种用于实时弹性形变模拟的弹簧振子模型.通过定义与模型对应的刚体核,并且向模型中添加一种新的广义弹簧,保持了与表面网格模型对应的几何体体积和形状等几何特征;采用形状匹配技术实现了整体性形变效果的模拟;最后使用逆向动力学方法对线弹性模型的"超弹性"现象进行修正.该模型可以对表面网格模型的弹性形变进行快速、逼真的模拟.     

医学体数据中四面体化方法的研究进展*

四面体化方法一直是网格生成研究的热点,然而将其应用于医学体数据的器官几何建模仍存在诸多难点.根据医学体数据的结构特点,首先阐述了Marching cubes重构器官表面的原理和研究新进展,然后以有限元方法为应用背景,按照体数据的两种处理方式,从基于表面建模和基于体素建模两方面进行讨论,分别研究与比较三种四面体化方法在不...     

大学生方程式赛车车架侧翼碰撞分析与优化

中国大学生方程式汽车大赛(简称"FSC")。本文据《中国大学生方程式汽车大赛规则》要求,在考虑到车架前部结构相对侧面更稳定、安全,且具备缓冲吸能模块而车手不易因车辆正面碰撞受伤,而侧面防护仅存单壳体车架,其在高速侧翼碰撞时易发生形变而致使车手受伤。因而本文通过使用非线性计算功能强大的工程模拟的有限元软件ABAQUS,针对车架侧翼碰撞进行分析,并优化车架侧翼结构;考虑到车架交叉焊接连接位置,网格划分难度大且需采用四面体网格划分,无法保证结果准确度(四面体单元易产生应力集中)。因而本文将通过使用六面体网格和参考点自由度进行耦合的方法,避免了在车架管材交叉焊接处必须使用易产生应力集中的四面体网格的缺陷,同时也降低了网格的划分难度和网格数量,提高了前处理速度和求解速度,对单管部分使用六面体网格划分,而对交叉焊接点以刚性连接参考点的方式简化,以连接部分的单元应力数值作为判断焊点断开的依据,对车架侧翼结构进行快速优化。     

基于Netgen的层状地质体四面体网格划分方法

为解决三维地质建模中难以表达层状地质体内部属性的问题,将有限元网格划分方法应用于层状地质体建模中,研究基于Netgen进行层状地质体四面体网格划分的方法.以地质钻探数据为数据源,按照钻孔数据分层构建三维表面模型,用三角面片的集合构成封闭的包围壳来描述层状地质体的外部形状;结合Netgen强大的几何自适应和细部划分控制功能,用四面体网格划分方法对形成的三维表面模型进行空间区域划分,从而实现对复杂形状的层状地质体三维模型构建,并分析Netgen的输入、输出数据结构和地质钻探数据到STL格式的三维模型数据、STL格式数据到Netgen网格划分结果数据的生成过程.某矿区多个岩层的模型构建证明该方法稳定、可靠且有效.     

机械装备金属结构有限元建模策略研究与应用

在分析有限元建模技术的研究现状及其不足的基础上,针对机械装备金属 结构所具有的体积庞大、结构复杂的特点,为了快速、准确地建立其有限元模型,构建了其 有限元建模策略的体系结构,提出了在其有限元建模过程中所应遵循的八条策略,分别是全 局规划、等效合成、实时校核、等效替换、酌情弱化、合理简化、关键细化和巧用干涉,并 以铸造起重机为分析对象,对以上建模策略进行了举例说明,验证了其有效性和实用性。     

Finite element modeling within an integrated geometric modeling environment: Part II—Attribute specification,domain differences,and indirect element types

This is the second of a two part paper that addresses the integration of finite element modeling and geometric modeling. Instead of considering the integration of currently available systems, this paper addresses both modeling techniques in general terms and identifies the functions that are needed to integrate them, taking full advantage of the capabilities of both. A set of geometric communication operators are identified and defined for use in carrying out this integration process. Part I [1] considered the integration of geometric modeling and finite element mesh generation. This part considers the remaining areas of the specification of finite element analysis attribute information, accounting for domain differences between the geometric and finite element models and the generation of finite element models using element types that are of a lesser dimension than the geometric entity they represent.     

Lua脚本在有限元分析中的应用

针对复杂计算域有限元分析前处理过程中手动建模和边界条件设定烦琐和耗时的问题,以蓄热砖温度场分析为例,讨论Lua脚本在有限元前处理过程中的应用;开发温度场有限元分析程序,基于Lua/C API定义若干接口,使用特例的解析解验证温度场计算结果,基于Lua脚本对蓄热砖温度场进行计算。仿真结果表明,Lua脚本可简化有限元前处理过程,特别是几何建模过程,也便于对计算结果进行参数化分析。     

Quantifying blood flow and wall shear stresses in the outflow tract of chick embryonic hearts

Wall shear stresses (WSS) exerted by blood flow on cardiac tissues modulate growth and development of the heart. To study the role of hemodynamic conditions on cardiac morphogenesis, here, we present a methodology that combines imaging and finite element modeling to quantify the in vivo blood flow dynamics and WSS in the cardiac outflow tract (OFT) of early chicken embryos (day 3 out of 21-day incubation period). We found a distinct blood flow field and heterogeneous distribution of WSS in the chicken embryonic heart OFT, which have physiological implications for OFT morphogenesis.     

基于HyperMesh 二次开发的无铆钉铆接

目前采用约束单元SPR2 建立无铆钉铆接的简化有限元模型,建模简单,仿真精 度较高,但HyperMesh 12.0 版本不支持SPR2 建模,导致了整车建模效率较低,因此本文应用 Tcl/Tk 语言和 HyperWorks 内置函数开发了整车铆接SPR2 的有限元快速建模模块。并以某轿 车铆接建模为例,验证了该模块的可操作性。该模块可根据用户选择的铆接点自动识别连接板 件,极大地提高了建模效率,同时可有效地避免软件的升级更新,节约费用,并为其他新型连 接的有限元快速建模提供了一种参考方法。     

车身覆盖件冲压仿真的有限元建模技术

本文介绍了车身覆盖件冲压仿真的有限元建模技术,着重阐述了有限元建模中涉及到的单元类型选择和网格划分原则,给出了某型桥车内门板的实用实例,最后出了有限元建模技术中的不足及今后的研究方向。     

A component-oriented software toolkit for patient-specific finite element model generation

A component-oriented software system, i.BioMech (image-based biomechanical modeling) is proposed for generation of patient-specific finite element model. It applies a systematic software engineering approach to patient/subject-specific meshing and assignment of material properties. The prototype program is based on the component object model (COM), which enables ease of combination of existing mesh generation algorithms and material property assignment schemes, and incorporation of new ones. It also facilitates utilization by other programming languages or platforms. Data input comprises a series of medical images captured from the patient. The output is a patient-specific finite element model for computational analysis using commercially available finite element software. The prototype software system provides a framework to compare the different finite element mesh generation methods as well as schemes for material property assignment. Our focus is on patient/subject-specific modeling of the human vertebrae.     

基于特征造型的重载货车辗钢整体车轮结构设计优化

为减轻重载货车车轮的质量、提高使用寿命,将常规的设计优化方法、参数化特征造型和有限元分析结合,进行重载货车辗钢整体车轮设计优化.以车轮轻量化为优化目标,基于特征建模方法确定设计变量,用有限元分析确定车轮强度和刚度的约束条件,建立辗钢整体车轮的设计优化模型.设计优化和参数化特征造型为有限元分析提供轮辐的几何尺寸,有限元分析主要进行优化后的车轮应力分析,并判断优化后车轮应力是否得到改善.参照＂GB 8601—1988铁路用辗钢整体车轮＂,采用通用CAD/CAE软件建立重载货车辗钢整体车轮的三维实体模型,对其进行设计优化,取得满意的效果.     

有限元计算在大型LNG船开发中的应用

介绍在大型LNG船的开发设计过程中,应用MSC有限元软件进行建模、分析,以及使用船级社软件加载并进行前、后处理的过程.对于在开发阶段,保证舱段结构设计的合理性、安全性和可靠性等具有重要作用.