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有限元分析中的骨骼材料特性

(2023-12-17 20:45:16)
标签:

有限元分析

有限元软件

有限元

强度分析

结构分析

编辑:杭州那泰科技    www.nataid.com

有限元分析中的骨骼材料特性

首先,有限元分析中根据单元和节点信息计算每个单元对应的CTHU。算术平均每个单元所含八个节点的空间坐标求得该单元几何中心的空间坐标,通过坐标变换在股骨体数据中找到距离该单元中心最近的体素,并将该体素HU值赋值给这个单元。由于HU值的计算是一种抽样过程,使得有些单元HU值偏差较大,为更符合股骨解剖结构将HU转换为HU:内部单元当HU大于1500HU等于1500,当HU小于600HU等于600,其他情况HU等于HU;表面单元由于HU值偏低,其HU均值小于600HU都设置为表面单元HU均值的2.5倍,以符合股骨表面为密质骨的情况。同时考虑HU整体偏高将所有HU减去500,再根据HU分布情况设定密质骨HU范围由5011000,松质骨HU范围由101500,而骨髓HU100。其次,由于骨骼表观密度与CT值具有近似线性关系,可以由HU计算表观密度。表观密度是指没有液体影响的骨密度,与实际密度不同。假定表观密度ρ与HU的线性关系由以下两个值确定:最硬密质骨实际密度为1.8g cm3,表观密度也为1.8g cm3,对应的HU等于1000;水的密度为1.0g cm3,表观密度为0g cm3,对应的HU等于0

  最后,由于骨骼材料特性与表观密度存在幂指数关系的经验公式,可以由ρ计算材料特性。骨骼是一种各向异性的生物材料,不过其材料特性一般简化为各向同性或正交各向异性。各向同性材料特性设置如下,特别是RSo改善很明显,主要是因为边界条件的影响也被减弱。

   在总体应变能与骨密度回归分析的情况下,参考模型的结果与骨密度的一致性较好,各向同性和正交各向异性模型的结果很好。而RTiRTo的结不如各向同性和正交各向异性模型的结果。这与最大等效Von Mises应力的情况不一致,主要是因为最大等效Von Mises应力是局部量,而总体应变能是集总量,骨密度也是集总量,集总量之间的回归分析结果要更好一些。

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