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[增材]脊椎侧弯支架的晶格轻量化设计

4年前浏览5847

Abaqus结合Tosca可快速设计点阵结构,并对其材料性能进行预测,同时应用Abaqus新增增材制造插件(AM Plug-In)快速AM工艺设置,仿真3D打印过程。

上一篇介绍了运动鞋底的晶格结构优化设计流程,写得甚是辛苦,脊椎都快凸出了,急忙去某宝逛一趟,得知神器(图1),医学人称:脊椎侧弯矫正器腰部支架,在此简称其支架。

图1 脊椎侧弯支架

上图支架甚是繁重,加重了身体负担,需加以优化设计。

引言

脊椎侧向弯曲,即脊柱侧凸是儿童中常见的脊椎问题。图2所示的“Cobb Angle”在世界范围内被用于测量和量化脊椎畸形的大小,此为一种量化和追踪脊柱侧凸的标准测量方法。

2 Cobb Angle

如果脊柱侧弯在20~40度,骨科医生通常会开具图3所示的脊椎侧弯矫正器腰部支架,以防脊柱产生更多变形,通常病人每天需要穿18-20小时。

微信图片_20190630081958.jpg

3 支架模型

因病人的脊柱侧弯而异,需要进行定制,如果使用传统方法,通常需要很长时间,使用增材制造方法,是个不错的选择,同时,设计出更轻的支架也是非常重要的。

优化设置

采用Abaqus+Tosca进行设置和尺寸优化。

设计空间:

微信图片_20190630082025.jpg

4 优化设计空间

几何模型转换为晶格结构:

图5 晶格模型

边界载荷:如图5示意,组合加载工况AB、BC、AC、ABC。

图6 受力示意

目标:最大刚度(最小应变能)

优化结果

Tosca优化迭代和应变能、相对体积变化如图7所示。

(a)应变能

(b)相对体积

图7 优化结果和迭代过程

最优结果如图8所示。

(a)尺寸分布

(b)应力分布

8 优化结果

讨论

以上采用Abaqus、Tosca优化了支架的晶格结构,然后对优化几何进行重构,如图9所示。

图9 几何结构重构

ToscaAbaqus复合材料静力学拓扑优化形状优化
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2019-06-30
最近编辑:4年前
江丙云
博士 | 仿真专家 C9博士,5本CAE专著
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未登录
4条评论
达芬奇        仿真秀秀
又到了吃冷面的季节还爱吃酸菜
4年前
优化几何进行重构使用创成式设计么
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大勇
签名征集中
4年前
老师,有没有这种教程啊
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仿真秀0726081531
签名征集中
4年前
老师,这种对象几何模型用自带的建模功能可以完成么?
回复 4条回复
小丑
无知不是生存的障碍,傲慢才是!
4年前
爱看这种文
回复 3条回复

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