服務(wù)熱線
400-0512-887

應(yīng)用案例Applications

全國免費(fèi)服務(wù)熱線
400-0512-887
查爾姆斯理工大學(xué)和Parnell工程咨詢公司使用??怂箍的M仿真技術(shù)推動醫(yī)學(xué)創(chuàng)新

面臨的挑戰(zhàn):


在本文中,我們展示了一些有趣的采用 MSC Nastran 和 MARC 的案例分析,從中可以了解如何在醫(yī)療行業(yè)充分利用有限元分析,并通過仿真讓創(chuàng)新更上一層樓。

在五種感覺中,聽覺是感知周圍環(huán)境并進(jìn)行溝通的關(guān)鍵一環(huán)。耳的整體功能是將物理振動轉(zhuǎn)換為神經(jīng)脈沖。換句話說,是將聲音產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)換成耳內(nèi)的電信號,由腦部的中樞聽覺系統(tǒng)進(jìn)行處理。

在車輛、機(jī)床、航天器、建筑物乃至衛(wèi)生器材的所有設(shè)計(jì)、實(shí)施及維護(hù)過程中,結(jié)構(gòu)分析都是其中的關(guān)鍵部分。

與其他助聽器相比,骨錨式助聽器(通常稱為 BAHA)可以為患者提供更高水準(zhǔn)的用戶滿意度。

借助于有限元法(FEM)之類的計(jì)算力學(xué),可以先改進(jìn)骨錨式助聽器的性能,然后再制作真實(shí)的昂貴實(shí)物模型。

查爾姆斯理工大學(xué)的在讀博士 Lena Kim 建立了一個人體頭部三維有限元模型進(jìn)行研究,利用 MSC Nastran 的有限元結(jié)果與實(shí)物測試進(jìn)行關(guān)聯(lián),從而有助于降低骨錨式助聽器的成本。

在該研究中,開發(fā)了一個有效的人體頭部三維有限元模型,藉此采用 MSC Nastran 研究并仿真骨傳導(dǎo)聲音的振動模式。

有限元分析模型能讓我們研究影響骨傳導(dǎo)途徑的因素,找出產(chǎn)生聽覺振動水平的正確位置,并針對患者的具體情況進(jìn)一步優(yōu)化裝置。

結(jié)構(gòu)分析,尤其是第一步的模態(tài)分析,在聲音和振動分析中有著重要作用。通過模態(tài)分析,可以找到系統(tǒng)在沒有外力和阻尼情況下的固有頻率和振型(振動形狀)。模態(tài)分析的結(jié)果表征了結(jié)構(gòu)的基本動態(tài)特性,并揭示了結(jié)構(gòu)在動態(tài)加載下的響應(yīng)方式。




有限元分析采用若干種不同類型的單元來貼近幾何形狀或原始模型。通過分析單元的整體行為來獲得所關(guān)注結(jié)構(gòu)的行為。圖 4 中的流程圖圖示了從真實(shí)模型到結(jié)果可視化的過程。這些步驟中的每一步都需要幾套商業(yè)軟件,其中包括用于結(jié)構(gòu)分析的 MSC Nastran,Beta CAE 的預(yù)處理器和后處理器 ANSA 及 Meta-post。


用市售的結(jié)構(gòu)分析軟件 MSC Nastran 對動態(tài)頻率響應(yīng)進(jìn)行仿真。在該模型中,通過 Nastran 代碼的形式來分配負(fù)載、頻率范圍、分析輸出及阻尼系數(shù)。該研究中進(jìn)行了兩種類型的分析:簡正模分析和頻率響應(yīng)分析。


對替代顱骨表面的響應(yīng)進(jìn)行仿真,其輸出為機(jī)械點(diǎn)阻抗的速度。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與采用 MSC Nastran 的點(diǎn)質(zhì)量方法得出的結(jié)果做對比,結(jié)果顯示與試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常吻合。


最后,在機(jī)械點(diǎn)阻抗處(MPI)用 MSC Nastran 對頭部模擬器模型進(jìn)行頻率響應(yīng)分析。結(jié)果非常符合非結(jié)構(gòu)質(zhì)量(NSM)和流體結(jié)構(gòu)(FS)模型中的實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù),反共振頻率約為 75-90 Hz;振幅水平只有 5% 的差異。 該研究證明,有限元分析結(jié)果非常接近實(shí)物試驗(yàn),因此可以降低骨錨式助聽器裝置的成本。


來自海克斯康的解決方案:

采用碳纖維復(fù)合材料的假肢腳:設(shè)計(jì)、仿真及試驗(yàn)


假肢代表了先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)裝置技術(shù)領(lǐng)域,所使用的假肢采用了先進(jìn)的航空航天級復(fù)合材料。采用碳纖維復(fù)合材料開發(fā)假肢腳為許多截肢患者恢復(fù)充滿活力、喜好運(yùn)動的生活方式鋪平了道路。通過結(jié)合先進(jìn)的材料,了解復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和特殊剛性以及航空航天制造技術(shù),最終可以得到具有逼真的彎曲度、“彈性”及強(qiáng)度的假肢。這些栩栩如生的假肢與舊時跛腳海盜的“木腿”或“殘肢”有著天壤之別!這一技術(shù)已取得長足的進(jìn)步,安裝了復(fù)合材料制成的腳和腿的賽跑者甚至有資格參加奧運(yùn)會!


好動的用戶需要“富有彈性”、結(jié)實(shí)耐用的假肢。制作此類假肢的主要難題包括疲勞耐久性以及強(qiáng)度、剛度和重量之間的平衡。


假肢腳需要能夠適應(yīng)各種地形、輕便、具有優(yōu)異的減震性能和出色的能量回饋。復(fù)合材料在輕量化過程中有著舉足輕重的作用。來自 Parnell 工程咨詢公司的 T. Kim Parnell 博士采用 MSC Marc 對足跟設(shè)計(jì)進(jìn)行有限元分析,嘗試不同的材料屬性并提出了最佳設(shè)計(jì)。


模型用 MSC Marc/Mentat 進(jìn)行描述,其中接觸體的定義方式為:足跟、聚氨酯為柔性接觸體和過載,假定龍骨為剛性,并將材料定義為符合 Tsai-Wu 失效準(zhǔn)則的復(fù)合材料,然后對兩種聚氨酯構(gòu)型結(jié)果進(jìn)行對比,以便提出最終設(shè)計(jì)。


使用 Marc 進(jìn)行了分析,得出的結(jié)論是:1/8" 厚的短聚氨酯足跟會導(dǎo)致足跟彎度增大并且更柔韌;而對于 1/16" 厚的長聚氨酯足跟,由于足跟接觸更均勻,因此足跟彎度下降,并且由于較早接觸龍骨,因此有著更強(qiáng)的剛性反應(yīng)。


將兩種足跟類型的不同結(jié)果進(jìn)行了對比,得出的結(jié)論是:由于較早與足跟二次接觸且較早與龍骨接觸,因此建議的 1/16" 長足跟剛度更大。1/16" 長足跟的剛度是逐漸增加的,即使在相同的位移條件下足跟的應(yīng)力結(jié)果也有所改善,因此可以承受更高的負(fù)載。


總之,采用 MSC MARC/Mentat 加實(shí)物試驗(yàn)的仿真方式有助于更好地理解分層失效模式。


客戶簡介:

查爾姆斯理工大學(xué)和Parnell工程咨詢公司

返回

關(guān)于我們
公司簡介
公司理念
資質(zhì)認(rèn)證
聯(lián)系方式
產(chǎn)品中心
計(jì)量測試
生產(chǎn)制造
設(shè)計(jì)工程
智能質(zhì)量
解決方案
智能制造應(yīng)用方案
智能制造行業(yè)方案
聯(lián)系我們
蘇州長南精密技術(shù)有限公司
電話:0512-6866-6680
24小時服務(wù)電話:13328000586
傳真 :0512-6866-6680
地址:蘇州市吳中區(qū)致能大道1號
關(guān)注我們
Copyright © 蘇州長南精密技術(shù)有限公司 All Rights Reserved 備案號:蘇ICP備2022030501號-2 防水連接器 電連接器 激光劃線 EC風(fēng)機(jī) 技術(shù)支持:聚尚網(wǎng)絡(luò)
Keywords:三坐標(biāo)測量機(jī) 海克斯康三坐標(biāo) 蔡司三坐標(biāo) 常州三坐標(biāo)測量服務(wù)中心 蘇州三坐標(biāo)測量服務(wù)中心