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基于CT图像的股骨上段有限元建模及单元尺寸分析
目的 基于CT图像构建5个不同的股骨上段有限元模型,并分析模型单元尺寸对股骨模型材料属性分布以及生物力学性能的影响.方法 利用螺旋CT扫描股骨上段并以DICOM格式输出图像文件,利用Mimics软件提取三维几何文件,分别使用Mimics、3-Matica、ICEM软件生成体素网格模型、四面体网格模型和3个六面体网格模型(单元尺寸分别为2、1和0.5 mm),在Mimics中对网格文件进行材料赋值,将终的有限元模型导入ABAQUS中进行力学行为分析.结果 单元尺寸对5个模型总质量影响较小,5个模型沿相同路径上节点处Von Mises应力和节点位移整体变化趋势一致,但是各个节点处Von Mises应力误差较大,单元尺寸为0.5 mm的六面体网格模型与体素网格模型各节点处Von Mises应力值接近.结论 基于CT灰度值进行材料赋值时,单元尺寸对模型的总质量和节点位移影响较小,但是单元尺寸的减小将导致模型中各材料含量和分布的改变,引起应力分布的变化.当模型单元尺寸与体素尺寸接近时,能较好反映股骨的质量分布和力学行为.
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一种适宜于口腔、骨等结构应力分析的有限元辅助建模及结果分析软件的开发和应用
通用的有限元结构分析软件的前后处理功能对于结构形状规则,材料种类少的研究对象已非常适用,但对于直接应用于牙齿、关节等具有较复杂结构的研究对象来说,却具有较大的工作量和一定的难度.目前处理这类问题,或者是简化模型以减低工作量(但往往会导致单元类型、形状、和节点数的不合理,降低计算精度);或者是手工仔细建模(但工作量极大,效率低、出错率高,导致研究成本和周期的大幅增加);或者是采用一些软件的自动剖分网格功能,但目前尚不成熟.