基于螺旋CT的人体颅脑三维有限元模型构建

阐述了基于螺旋CT图像构建颅脑三雏有限元模型的过程。首先，对人体颅脑进行CT断层扫描，然后采用CT图像三维重建软件和CAD软件构建轮廓线，用有限元软件ANSYS划分网格，构建了颅脑三维有限元模型，并对该模型进行了验证。此模型包括大脑左右半球、小脑、脑干、大脑镰、小脑幕，是完全真实的人体颅脑三维有限元模型。本模型以精确CT数据为依据，为宇航、交通事故、司法鉴定、创伤判断和临床治疗等提供了可用的颅脑有限元模型。     

第95百分位人体头部有限元模型的构建及分析

为了获得人体头部的损伤机理,构建了研究所需的有限元计算模型,研究了人体头部生物力学响应.通过第95百分位中国人头部的CT扫描图像提取相关头部结构,利用三维医学建模软件和逆向工程软件进行几何模型的重构,借助有限元前处理软件构建具有较高生物仿真度的人体头部有限元模型.最后,使用有限元分析软件对模型进行仿真计算,仿真数据合理解释了头部损伤机理.     

基于CT图像建立人体足部骨骼三维有限元模型的研究

讨论了建立人体足部骨骼有限元模型的必要性;针对其形状复杂、数量多、体积小和关节多的特点,分析探讨了基于2 mm层厚的CT图像建立人体足部骨骼三维有限元模型的主要途径。介绍了从CT扫描图像提取骨骼边缘轮廓数据,再分别采用不同的CAD软件建立骨骼轮廓线模型和三维实体模型,最后在ANSYS中建立完整的三维人体足部骨骼有限元模型的过程和结果,并且讨论了利用IGES文件实现不同软件之间的模型转换的有关问题。     

下颌前牙固定桥基牙及其支持组织的三维有限元模型的建立

目的：建立下颌前牙双端固定桥的三维有限元模型，为分析下颌前牙固定桥的生物力学特征提供数字模型。方法：采用正常人的下颌骨标本，进行CT断层扫描得到包含下颌前牙的35幅图像，通过计算机图形转换软件和3D建模软件获取图像的边界信息，应用ANSYS有限元建模模块处理。建立了包括牙齿、牙周膜和牙槽骨固定桥修复前及修复后的几何模型和三维有限元模型。结果：固定桥修复后。有限元模型包括牙体、牙槽骨、牙周膜在内共41648个节点，27269个单元。结论：CT辅助有限元建模技术能精确建立下颌前牙及其支持组织的三维有限元模型。     

头部撞击损伤的有限元模型建立

根据人体头部的螺旋CT医学影像,利用图像边界分割、各层图像之间的影像配准以及三维重建技术建立了头部几何模型,然后运用NURBS曲面片的构造算法将三角面片转换为四边形面片,最后利用TrueGrid软件对颅脑几何模型进行网格划分,同时进行适当的网格修补,从而建立了人体头部有限元模型。根据碰撞过程中的能量守恒,验证了模型的可靠性。本模型可用于汽车交通事故中头部损伤的生物力学研究以及为开发相应的汽车安全防护装置提供理论依据。     

基于双线性损伤本构的复合材料修理后强度数值分析方法

针对胶接挖补修理后复合材料结构的强度分析,建立了同时考虑复合材料和胶层损伤状态的三维有限元分析模型。采用混合型损伤内聚力模型模拟胶层的脱黏失效行为。建立基于损伤力学的复合材料三维双线性本构关系,量化损伤程度;并编写为有限元软件ABAQUS的材料子程序VUMAT。通过数值计算对结构强度和损伤过程进行预测。分析实例的计算结果与试验吻合得较好,验证了分析方法的有效性。     

面向对象的三维对流扩散问题有限元程序设计

根据三维对流扩散问题的有限元分析,采用面向对象的程序设计语言C ,建立向量类、矩阵类、单元类、结点类、材料类和有限元方法类等,实现三维对流扩散问题的有限元分析程序开发,对相关的对流扩散问题进行数值模拟.结果表明与用结构化语言开发的传统有限元程序相比,程序更易重用、维护、扩充,并且可以融入用C 编制的大型通用有限元科学和工程计算软件.     

面部软组织三维有限元模型的建立

正建立正常人面部软组织三维有限元模型,作为进一步研究的基础,1.通过螺旋CT扫描获得头面部图像数据;2.图像数据导入图像处理软件Mimics10.0进行图像处理,阈值分割,布尔运算得到面部软组织三维几何模型;3.结合面部解剖特征,手动提取1.5mm厚度的皮肤组织,利用灰度及形态学操作提取肌肉组织,分别赋予材料属性,建立了适合生物力学分析的面部软组织有限元模型。结果:本实验应用有限元技术,在计算机上建立了一个能够反映软组织生物力学性能,包含皮肤、肌肉、脂肪的多层有限元模型;结论:本研究为面部软组织有限元模型的建立提供了切实可靠的方法,为进一步分析颌面外科手术术后面部软组织的形变提供了有力的基础。     

带式输送机传动滚筒的有限元分析

在三维CAD软件Solid Works中创建传动滚筒模型,用有限元分析软件ANSYS,对其进行有限元分析,掌握了传动滚筒的受力和变形情况。结果表明,传动滚筒的设计在强度方面的要求完全满足。     

基于LS-DYNA的船舶-桥墩碰撞数值模拟

文章基于 Ansys／Ls‐dyna软件，建立船舶、桥墩三维有限元计算模型，并对船舶－桥墩碰撞进行有限元仿真计算，分析船舶－桥墩碰撞的基本过程、碰撞过程中碰撞力的大小、船艏及桥墩的损伤变形等，为避免船舶碰撞桥墩事故发生寻找安全措施。     

研究汽车碰撞中头颈部动态响应的有限元模型的建立和验证

建立并验证了一个基于人体解剖学结构的头颈部三维有限元模型．该模型由颅骨、脑、颈椎骨、椎间盘、肌肉、韧带和小关节组成，总节点数为17758，单元数21803，模型生物材料特性分别用弹性和粘弹性模型描述．整个头颈部模型应用关国海军生物力学实验室前碰撞志愿者实验及查尔摩斯大学后碰撞滑车实验的数据进行了验证．采用该模型计算了头颈部的加速度、角速度等运动曲线及HIC值．验证结果显示该模型具有较好的生物逼真度，可用于研究在汽车碰撞事故中头颈部损伤生物力学问题和开发损伤防护装置．     

正弦均匀磁场激励磁感应成像正问题的棱单元法

针对正弦均匀磁场激励磁感应成像（magnetic induction tomography, MIT）正问题,进行了棱边有限元法和可视化成像的研究。建立了以电场强度为待求场矢量的正问题定解方程,重点介绍了计算定解方程的棱边有限元方法,并在MATLAB中建立了棱边有限元方程的计算流程。为实现MIT对颅内出血的可视化成像,首先根据人体头部核磁共振图像数据生成了真实大脑有限元剖分模型,在此基础上用MATLAB得到了MIT对颅内出血的三维可视化成像结果。研究结果证明了以电场强度为待求量的正弦均匀磁场激励MIT正问题定解方程和棱边有限元计算方法的正确性。基于真实大脑模型的三维可视化成像结果为MIT在颅内出血成像的应用研究奠定了基础。     

三维颅内血肿动态成像

基于电流场"异物扰动"成像方法,在三维球模型上对颅内血肿动态成像进行了仿真研究.研究了颅内血肿体积大小的改变对头颅表面电位改变的规律,还研究了导电性能差的颅骨的存在对头颅表面电位改变规律的影响.研究结果表明:从头颅表面两个不同的位置注入电流后,从头颅表面电位的变化规律可以反映出颅内血肿体积大小的改变情况,而且电流可以穿透颅骨.这将有助于医务人员根据头颅表面边界电位的变化情况来推测颅内血肿的变化情况.     

四缸柴油发动机机体有限元模态仿真及其测试

为了研究某四缸柴油发动机机体结构的动力学特性,建立了机体的三维有限元模型,运用ANSYS有限元软件对其进行了模态分析.为了验证有限元数值计算的合理性,根据实验模态分析理论,对自由状态下的发动机机体进行了模态测试.测试结果和有限元计算结果一致,说明计算方法正确、合理,所建有限元模型具有较高的精度,有效反映了机体的振动特性,该实验方法具有工程指导和应用价值.     

爆炸冲击波致颅脑冲击伤数值模拟研究

爆炸冲击波作用头部导致的颅脑冲击伤已成为战斗医学救治中的“标志性损伤”,而爆炸冲击波作用头部时与头部相互作用过程及致伤机理尚不明确. 为了找出爆炸冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律及颅脑动态响应特性,进行了爆炸冲击波作用头部数值模拟研究. 建立了具有典型人体头部结构的三维有限元模型,针对Nahum尸体头部撞击实验对头部有限元模型的有效性进行了验证;基于验证的头部有限元模型,对爆炸冲击波作用头部进行数值模拟,得出了冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律;对头部颅内压变化情况进行分析,得出了冲击波从正面作用头部后额叶、顶叶脑组织压力会出现高频的正负压周期性波动,且会出现较高的压力峰值,为易受损区域.      

自适应脑组织影像分割

提出一种支持二维及三维MR脑影像的脑组织分割方法。首先采用改进的C-V模型去除脑脊液对灰质分割准确性的干扰。其次通过采用结合C-V模型的带标记区域增长算法,去除脑壳并提取脑室。最后结合覆盖背景的方法提取灰质及白质,从而实现了脑组织的自动分割。对该算法进行了仿真与实验验证,结果表明,该算法具备良好的准确性、通用性与实用性。     

基于Solidworks Simulation码垛机械手末端执行器导杆静力学分析

文章利用SolidWorks建立码垛机械手末端执行器三维设计模型,并直接应用SolidWorks软件中的SolidWorks Simulation分析计算模块对码垛机械手末端执行器抓手导杆进行了有限元静力学分析计算,验证了采用SolidWorks建立三维数学模型,直接应用SolidWorks软件中的SolidWorksSimulation插件模块进行机械构件的有限元分析计算方法和步骤的正确性,有效避免了其它三维设计建模软件与分析计算软件之间的双项转换操作和数据转换缺陷等问题,对相关工程技术人员具有一定参考价值,并提供了一种实用的分析计算方法。     

脑水肿与脑出血的动态阻抗测量和阻抗成像基础研究

利用电阻抗成像技术，分别从一维阻抗测量、二维断层成像、三维立体成像等三个方面对颅内脑水肿、脑出血进行仿真研究，并对一维电阻抗成像进行了临床实验，同时还对电流的透颅效果进行了动物实验和仿真研究。研究结果表明：低频电流能够穿过颅骨；从一维颅表测量的电阻抗变化，可以反映颅内出血和水肿的动态过程；利用二维电阻抗断层成像可以反映颅内出血的变化情况；三维电阻抗重建图像对目标定位准确，可以分辨出多个成像目标。以上研究结果为脑水肿与脑出血的图像实时监护奠定了理论基础，积累了临床实践经验。     

齿形零件精冲成形三维有限元模拟与工艺优化

利用DEFORM-3D建立了三维精冲有限元模型,采用更新拉格朗日弹塑性有限元方法和基于应变梯度、表面曲率的网格自适应技术,对齿轮精冲的局部剧烈塑性变形进行了模拟.通过DEFORM用户子程序实现了Schiffmann损伤功密度的半耦合计算,分析了成形过程中静水应力、等效应力、等效应变和损伤的分布以及发展趋势,并预测了不同工艺参数下的精冲力和齿轮不同部位塌角高度、光亮带高度.利用模拟得出的最佳工艺参数获得了合格的齿形零件.     

基于机器视觉的婴儿全身运动质量智能评估

针对婴儿全身运动质量评估问题，本文基于姿势识别对婴儿运动特征进行提取与分析，提出基于ResNet和反卷积层的婴儿姿势热力图识别模型，平均识别率达到86.9%；利用婴儿的二维姿势坐标，建立基于DenseNet的3D人体姿势识别模型，使用1D卷积网络及1D连接层，实现婴儿的2D姿势坐标到3D姿势坐标的升维推算；使用四元数作为空间向量表示方式，对婴儿主要肢体运动的角度、角速度、角加速度进行提取，并提出基于SVM的由婴儿肢体运动角度特征进行判定的婴儿异常行为识别模型。针对模型参数过多的问题，在保证模型整体识别率的情况下，使用主成分分析的方式对模型进行特征降维，提高整体识别速度，将维度由18维度降低至8维度后，整体运行时间减少近50%，且对于不同的视频样品均能正确分类。