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使用Isight、Abaqus、Fe-safe和Tosca进行髋关节植入物的仿真和优化

4月前浏览13771

本文摘要(由AI生成):

本文采用模拟方法,通过Abaqus和Fe-safe进行结构分析和疲劳寿命分析,并使用Isight进行参数优化,最终利用Tosca进行无参的形状优化,以加速植入器械的ISO 7206/4认证过程。仿真分析与3D打印技术的结合,可望为医疗器械的设计和认证提供有效工具,从而推动医疗技术的进步。



髋关节置换术是目前最常见的骨科手术。从20世纪50年代末开始,受损和患病的髋关节已经被人造或假体取代,髋关节置换手术包括切除股骨的头部和上部,以及在剩下股骨部分顶部的一些骨髓。在股骨中心孔,植入金属锚柄,其另一端附有关节球。

恢复腿部长度、关节稳定,以及病人的活动,都需要特别的手术挑战。研究表明,不同患者的髋关节头部高度、偏移量和类型有很大的差异。

需采用模拟方法,帮助加速通过食品和药物管理局的ISO 7206/4认证。



01

结构分析和疲劳

采用Abaqus/Standard进行求解。网格和边界如下。


分析结果如下,应力集中于关节球头部区域。

采用Fe-safe进行植入金属的疲劳寿命分析。500万次的正弦加载周期加载。


02

参数优化


采用Isight对植入器械进行参数优化设计。其Abaqus/CAE中参数化建模如下。


参数优化Isight流程如下,其中调用了Data Exchanger、Abaqus、Fesafe等模块,进行优化分析。




03

形状优化


基于上述有参的Isight优化结果,进一步采用Tosca对植入物进行无参的形状优化。形状优化的目标为最小化最大损伤,约束为质量不变,设计区域如下。


04

讨 论

Isight流程集成和设计自动化:对所有变化的植入物捕获并自动化ISO 720/4认证过程,Abaqus有限元分析:对植入物的应力和变形仿真模拟,Fe-safe疲劳分析:根据ISO 720/4标准对植入物进行使用寿命评估,Tosca结构优化:对详细设计进行形状优化,进一步增加植入物寿命,以上一系列的仿真分析结合3D打印能够加速植入器械通过认证。


AbaqusIsightFe-SafeTosca结构基础静力学疲劳拓扑优化康复器具医疗器具
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:2020-02-26
最近编辑:4月前
江丙云
博士 | 仿真专家 C9博士,5本CAE专著
获赞 711粉丝 5231文章 237课程 17
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未登录
4条评论
文士韦
行至深处
3年前
很全面~
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TreatLee
catia abaqus isight Tosca
3年前
请问下 这里的 fe-safe组件是自己开发的,还是isight软件自带的呢?
回复 1条回复
仿真学院的小学生
不要假装很努力,因为结果不会陪...
4年前
求教程啊,江博士
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落枫
签名征集中
4年前
这个课程有视频么,具体的操作和分析讲解
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