基于逆向工程的医学器官三维有限元建模方法

进行生物力学分析的关键在于三维几何模型的建立。通过三维激光扫描医学肝脏教具模型得到点云数据,利用逆向处理软件及CAD软件的集成实现肝脏模型的重建。所建模型符合人体解剖结构,可进行人体生物力学有限元仿真计算。     

OpenSim环境下人体下肢行走生物力学特性研究

为了分析人体以不同速度和不同负重行走工况下的下肢生物力学特性,基于生物力学分析软件OpenSim建立一种人体下肢肌肉骨骼模型.利用逆向动力学,以地面支反力和运动控制点坐标为驱动,完成了人体以不同速度和负重工况下的步态行走仿真.得到人体以相同速度不同负重和相同负重不同速度行走工况下,踝关节、膝关节和髋关节的力矩变化曲线,...     

多孔镁骨植入体三维建模及力学性能有限元分析

使用逆向工程软件Geomagic Studio进行符合人体实际骨骼尺寸外部轮廓的三维建模,用三维软件SolidWorks进行多个孔隙结构的有限元模型设计,并利用有限元分析软件ABAQUS对相应模型进行力学性能分析,计算数据是否符合实际人体骨骼性能要求。最后结合最佳有限元模型与植入骨外部轮廓模型,得到最终植入骨。     

个性化三维矫形支具的设计及其生物力学研究

以个性化三维矫形支具的设计为研究目标,以AIS患者的CT断层数据为基础建立包含胸腰骶、胸廓和骨盆的三维几何模型,继而构建出一例完全基于人体解剖结构的有限元模型。在此基础上研究个性化三维矫形支具的快速设计方法,通过合理设置衬垫分布模拟临床脊柱受力,分析不同矫形力及作用位置对矫形疗效的影响与评估,并根据临床实际进行支具矫形效果的生物力学分析,确定最优支具设计方案。为个性化支具的设计提供了一种切实可行的方法,可以提高支具三维矫正效果。     

AnyBody环境下人体步态的逆向动力学研究

为了分析人体步态运动中包含肌骨系统的下肢动力学特性,基于生物力学分析软件AnyBody建立一种包含肌骨系统的下肢运动模型。利用逆向动力学,在下肢运动关节等处设置运动控制点,以运动控制点三维坐标和地面支反力为驱动,完成了人体的正常步态仿真,得到了人体正常步态下的踝关节和膝关节的角度、力矩的变化曲线,分析了关节力矩与角度变化之间的关系;给出了比目鱼肌、缝匠肌、胫骨后肌和胫骨前肌在步态周期内的肌肉力和活性变化曲线,讨论了肌肉力和肌肉活性之间的关系。     

基于ABAQUS的三维有限元抓握手模型的建立与研究

为了获取正常人体手部CT扫描数据,应用逆向工程原理,建立手外表面几何模型和手部骨骼几何模型,并对其进行处理,建立了包括正常人体手部骨骼及手部软组织的三维有限元模型,得到了有限元手模型对手柄模型抓握后手表面压力分布情况。     

叶片零件的逆向设计与分析

针对复杂曲面类零件的设计,研究采用逆向设计与有限元分析相结合的方法。以叶片零件为例,对其进行三维扫描、数据处理和曲面重构,并对重构模型进行有限元分析和结构优化改进。研究结果表明,采用逆向设计方法能够极大地加快设计速度,提高产品设计质量。     

复杂零件的逆向重构及数控加工仿真

复杂零件的数控加工通常根据零件三维模型数据进行编程、加工。但由于技术保密,很多时候需要根据零件实物完成三维模型和加工程序。针对此问题,提出了一种对零件实物逆向重构及数控加工仿真的方法,通过逆向工程技术对零件实物进行数据采集,将采集的零件点云数据导入到Geomagic软件中进行处理,最后导出STL格式的数据,接着使用UG软件进行逆向重构,关键部位的尺寸结合千分尺、卡尺等量具进行测绘,对逆向重构完成的三维模型数据和STL数据进行3D比较,对于关键部位的尺寸采用点偏差分析,实际测量和虚拟测量相结合的方法,分析逆向重构的三维模型数据与实际模型的误差,评估逆向重构完成的模型精度,以确保逆向重构的数据的质量。满足精度要求后再将UG逆向重构完成的零件三维模型导入到JDSoft SurfMill9.5软件中进行编程、加工仿真,验证了编写程序的正确性。证明了将Geomagic、UG、JDSoft SurfMill9.5软件相结合以实现复杂零件逆向重构制造的方法简单,而且缩短了零件研发周期,为其他缺少三维模型数据的实物进行逆向重构及加工提供了参考。     

基于SolidWorks Simulation的人体踝骨力学分析

建立一个基于SolidWorks Simulation的数字化研究平台,对正常人体足踝在外翻和内翻状况下进行有限元建模与分析。用CT扫描图像提取志愿者骨骼边缘轮廓数据,利用软件Mimics10.01进行图象三维重建,再将足踝各骨的点云文件导入到SolidWorks软件,利用网格处理向导及曲面生成向导建立三维实体模型,并在对模型进行内翻与外翻状态下,用SolidWorks中的插件Simulation对足踝部分发生形变的过程进行模拟分析。建立的足踝三维有限元模型具有较好的几何相似性,能够进行力学分析和测量,模拟分析结果经验证是可行的。基于SolidWorks Simulation的人体踝骨模拟力学分析是个有效可靠的方法,能提高对其力学机制的认识,并为临床相关疾患的诊治提供理论支持。     

利用CAD/CAE技术进行骨骼的计算机模拟仿真

应用CAD的自由形状实体建模技术,在计算机上构造人体骨骼的三维实体仿真模型,以此为基础建立骨骼的力学分析有限元模型,并进行线性和非线性有限元分析,初步计算出骨骼的应力、应变分布情况,为进行医疗康复器械的最优设计提供了科学的依据。     

人体脊柱腰椎节段三维有限元模型的研究与分析

该研究利用Dicom数据,结合逆向工程软件建立了人体脊柱腰椎节段(L1～L5)完整、真实的三维有限元模型,其模型高度模拟了腰椎的结构几何非线性、材料非线性与接触非线性,具有结构完整、空间结构的测量准确度高、单元划分精细、重点突出等优点,并模拟了腰椎节段前屈与后伸的生理活动.分析结果表明:椎体、小关节应力、椎弓根应力后伸位大于前屈位;椎间盘内部应力前屈位大于后伸位;且均由上至下呈逐渐增大的趋势.其结果能够反映人体腰椎节段的正常生理功能.文中研究的腰椎节段三维有限元模型可以用于模拟脊柱腰椎节段的生物力学特性研究,以应用于脊柱腰椎节段损伤、疾病的诊断与治疗.     

基于逆向工程的人体胃三维重建

采用逆向工程方法,基于CT断层扫描图像,对人体胃进行了逆向设计。针对人体胃的几何结构复杂、形态不规则且处于人体腹腔内,采取从CT断层扫描图像数据中提取胃模型的原始数据的方法,既解决了胃组织几何信息测量的困难,又获得高精度的人体胃几何数据,逆向过程中利用了Im-ageware软件强大的逆向技术将点云数据拟合成曲面,保证了建模精度。在三维设计软件中进行实体化,获得较理想三维实体模型。分析了影响建模速度的因素,并提出了解决方法。研究结果表明该方法可用于具有复杂实物模型的逆向设计且不损坏实物模型。     

人体下肢骨骼CT数据的重建与步态仿真

人体骨骼与其他组织共同完成人体的运动,在运动中骨骼起着支撑作用.当骨骼受伤严重,需要制作医学模型帮助医生制定手术方案时,或者制作人工骨替换受损部位时,可通过对人体结构和运动的分析,建立骨骼的模型.以CT数据为基础,使用Mimics、Geomagic studio、UG等软件重建人体骨骼模型,对下肢骨骼建立拉格朗日动力学方程,经ADAMS对下肢行走步态进行仿真,获得了各关节动力学参数的变化,经分析,仿真结果符合人体正常行走规律,证明所重建的模型准确可靠,对今后骨骼模型的制备具有重要意义.     

船用螺旋桨的逆向建模研究

为了缩短船用螺旋桨的再设计周期,降低再设计难度,针对船用螺旋桨提出了一种基于逆向设计软件Geomagic Design X和三维建模软件UG的逆向建模方法。详细介绍了螺旋桨的逆向建模过程和主要操作流程,通过比较放样和面片拟合生成叶片NURBS曲面的方法和原理,得到一种合适的叶片曲面作为叶片重构的基础。采用Geomagic Quality软件对螺旋桨进行整体精度分析,结果发现螺旋桨重构模型和螺旋桨点云数据之间的偏差在允许范围之内,验证了此螺旋桨逆向建模方法的可行性,同时为类似的逆向建模提供了思路。     

汽车前悬架下摆臂的逆向设计与有限元分析

逆向工程与计算机辅助设计及有限元分析相结合,可显著提高新产品的开发效率,实现产品快速制造和降低开发成本。本文以某车型前悬架下摆臂为研究对象,通过三维扫描仪采集下摆臂的点云数据,对点云数据进行处理与简化。使用CATIA软件对前悬架下摆臂进行逆向设计,建立前悬架下摆臂的三维模型。使用Geomagic Qualif软件对建立好的模型进行误差分析,平均偏差在0.6mm范围内。对表面粗糙、不连贯及曲面不连续现象进行曲面光顺处理和局部结构优化,优化后的下摆臂模型表面平整、曲面光滑流畅,符合零件设计要求。利用惯性释放原理,使用ANSYS软件分别对逆向设计的下摆臂模型的三种典型工况进行静力分析,得到下摆臂的应力云图。结果表明各种工况下的下摆臂应力均满足强度要求。     

轻型客车白车身有限元建模与静动态特性分析

以南京IVECO某车型为例,根据白车身总成及零件的装配关系建立了白车身三维实体模型。基于CATIA的三维实体模型在有限元分析软件中经过曲面和曲线的修改、曲面重构、结构的合理简化,建立了车身详细有限元模型。对模型进行静态扭转和模态分析,寻找整车应力分布规律,并把应力集中的危险点位置与跑车试验结果进行对比,对车身设计具有一定的参考作用。     

基于逆向工程的医学器官有限元建模方法

为了提高医学器官有限元模型的建模速度和精度,采用逆向工程的思想方法,利用Medical image processing platform(MIPP)软件自动建立了人头部的有限元分析模型。用户可以通过MIPP进行二维图片的重构和三维显示, 然后应用ANSYS参数化设计语言导出一个有限元分析模型。结果表明新的建模方法比传统的建模方法速度更快, 精度更高,为生物力学分析和医学假肢制造提供了一个更加有效和实用的方法。     

基于CT图像的人体股骨逆向工程研究

股骨作为人体重要的组成骨骼有着重要的研究价值,应用逆向工程原理,通过阈值方法对采集于活人的股骨CT图像数据进行选取和边界识别,建立股骨不同扫描层的边界曲线并最终拟合成人体股骨模型.对该模型选取光滑系数进行后处理,得到较理想的三维模型,可以将模型导入后续有限元分析软件进行分析.     

可重构橡胶履带变体轮设计及分析

提出了一种全地形可重构橡胶履带变体轮设计方案.该变体轮主要由可重构橡胶履带和履带伸展机构组成,根据不同路面行驶要求,在伸展机构的作用下,履带可实现轮式与三角履带式的变换(即重构)以调整运动姿态.通过SolidWorks软件建立变体轮三维模型,并利用有限元分析软件ANSYS对其关键零部件进行有限元分析,验证了结构的正确性.     

基于神经网络的全方位轮螺旋滚子逆向建模

为了误差评定、有限元分析及加工制造的需要,对全方位轮螺旋滚子的逆向重构进行了研究。首先,对螺旋滚子进行了三坐标测量,并对采集的数据进行了预处理;然后,分析了径向基函数神经网络的原理,并在MATLAB软件中利用该原理建立了神经网络模型,对滚子外轮廓线进行了曲线重构,据此生成外轮廓曲面,最终在Pro/E中构建了滚子的三维实体模型。该模型为其后续的有限元分析、精度检测及加工制造等都奠定了良好的基础。