凸轮机构轮廓曲线的计算机辅助设计

为了提高凸轮机构的设计精度和效率,介绍了凸轮机构轮廓曲线的一种新的计算机辅助设计(CAD)方法.利用MATLAB语言设计开发了界面友好、控制方便、效率高的凸轮轮廓CAD系统.该系统能快速、准确的进行各种轮廓曲线的计算机辅助设计.     

一种基于复杂产品ICT切片图像的轮廓提取算法

应用ICT(indusrtial computed tomography)成像与数字图像处理和CAD等综合技术已成为对复杂机械产品进行反求建模的重要手段之一.在针对ICT切片图像进行轮廓分割和数据提取时,其轮廓数据的精确性对反求建模精度至关重要.在比较传统轮廓数据算法的基础上提出了一种改进的ICT切片图像轮廓边界分割与提取算法,经过分析和比较,该方法不但可提高边界轮廓数据的提取精度,而且还具有计算速度快和计算开销少的特点.     

髋关节内置假体设计方法

提出一种新的内置假体设计方法.先利用股骨CT图像数据,通过提取股骨外形及髓腔轮廓线并进行封闭、光顺处理,然后根据股骨髓腔几何解剖状态设计个体股骨假体.利用股骨CT图像中每个象素的CT值和ANSYS软件提供的参数设计语言APDL进行二次开发并形成自主开发的材料属性赋值程序.有限元分析时调用研发的材料属性赋值程序,将股骨有限元模型的每一单元赋予相应的材料属性,实现股骨有限元模型每个单元材料正确的非均匀及各向异性描述,在此基础上进行有限元计算和接触有限元计算,对比置换前后股骨的应力分布情况及大小,检验假体设计的合理性.研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠.     

基于计算机软件的个性化人工膝关节设计与制造

从医院获得人体膝关节CT(医用电子计算机X射线断层扫描技术)图像,利用CAD等图像处理软件提取二维轮廓,建立了基于患者的CT断层胶片的二维图像轮廓及三维数据,运用计算机软件UG进行三维建模,同时进行计算辅助加工,为临床医学中膝关节的个性化设计提供了有效的手段.     

定制化铰链内滚动式双动人工半膝关节假体的设计与研究

针对半膝关节股骨髁假体对胫骨平台的磨损,提出一种基于计算机辅助设计(CAD)和先进机械制造技术的新型定制化双动半膝关节假体,并对假体进行离体实验研究.以Mimics/Geomagic/Pro-E等工程软件为核心的技术路线,借鉴双极人工股骨头的设计原理,在定制化半膝关节股骨髁假体内部设计双动结构.通过先进的机械制造技术得到金属假体实体;分别对植入假体前、植入双动半膝假体及全膝关节假体的三组离体膝关节进行动态X线透视观察,对三组离体膝关节的运动模式进行对比研究.结果假体内部的双动结构能有效的降低假体与胫骨的摩擦频率,且双动半膝关节假体比全膝关节假体更接近于正常膝关节的运动模式.说明该假体为非限制型半膝关节假体,在保留膝关节一侧骨骺生长能力的同时,降低了假体与胫骨平台之间的磨损,为半膝关节假体置换的概念注入新的活力.假体只需定制具有个体化关节面的下部件,其余部件选用预制的标准部件,这样有利于缩短定制周期,保证质量和降低费用.     

基于ICT切片图像数字化分析的反求建模方法

目的 建立复杂结构产品零件的反求建模方法。方法借助非接触测量设备获取产品零件的尺寸数据或图像，并通过分析计算和CAD软件等辅助工具，建立产品的几何模型。结果将新一代三维工业CT作为测量手段，对产品实物的切片图像进行数字化分析、图像边界提取和二维轮廓数据读取，并对生成的产品数字模型进行了误差分析。得到反求建模技术和三维产品数学模型。结论所得技术适合于小型、复杂和不可拆卸产品零件的设计和再设计工作；所得模型为产品进入再设计阶段奠定基础；应依据产品的结构特点和设计精度确定ICT切片采样分辨率。     

近端股骨的非均匀及各向异性有限元模拟

为解决植入假体存在的松动和下沉等并发症,适应个性化内置假体快速自动设计和制造的要求,提出一种在定制型人工髋关节股骨内置假体设计过程中, 基于医用CT和CAD技术,利用有限元力学分析建立近端股骨各向异性力学模型的新方法.该方法利用CT原始图像数据、结合自主开发软件,使股骨三维模型具有原股骨的各向异性与非均匀性, 建立近端股骨接近真实股骨力学性能的三维有限元模型,为真实地模拟和分析近端股骨的结构和材料力学性能,更精确地测定股骨在生理载荷下的应力应变与植入假体后的响应,为定制型人工股骨假体设计提供了生物力学基础,实现人工股骨假体的优化设计创造了很好的条件.     

利用布尔运算的定制化下颌骨替代物设计方法

为了使下颌骨替代物体具有特定的形状,并与相邻骨骼具有正确的相对位置和精确的连接方式,提出了利用布尔运算的定制化下颌骨重建方法.采用医用CT扫描的方法获得原始骨骼数据,从而保证了骨替代物的数据原始性以及与原骨骼形状的匹配性.以布尔运算为主要的重建设计手段,始终采用原始数据进行假体的设计,将STL的文件格式贯穿整个设计过程,从而避免了数据因格式转换而失真,确保了假体与原骨骼形状的匹配,使以人骨骼表面的自由曲面进行骨替代物的空间定位成为可能.该方法设计出来的人工下颌骨假体定位正确、连接精确,其形状与原骨骼匹配良好,因此可成功应用于临床实践.     

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。     

基于CT图像反求技术的人体股骨头修复建模

提出了一种基于CT图像反求技术的髋关节建模和缺损股骨头修复建模的新方法.利用基于模型的分割方法从人体髋关节CT图像中分别提取股骨和髋臼骨轮廓三维点数据,通过对离散点云数据进行规则化处理、精简、分割等,提取目标区域点云数据,最后利用最小二乘法拟合对因病变而发生塌陷的股骨头表面进行修复重建,恢复其健康状态的球面形态特征.利用两例不同程度的股骨头坏死病例进行修复实验,均得到较精确的修复还原效果.该方法不仅可以很好地重构人体髋关节模型、还原缺损股骨头的原始形态,而且可以推广到其他关节或骨组织,为骨科手术的精确定位和生物力学有限元分析提供了理论模型,并为关节假体的个体化快速制造提供了一种有效的方法.     

基于ABAQUS的下颌骨生物力学分析

为解决游离腓骨瓣修复下颌骨缺损手术存在个体匹配差的问题,采用定制化修复钛板设计和制造方法.通过采集分析病人CT数据,利用可视化和CAD技术设计出符合病人生理结构的修复体模型.建立下颌骨的有限元模型,对比了修复前后的下颌骨的应力情况.利用快速原型技术制造出树脂模型用于手术指导,通过临床研究,该方法节省手术时间,提高手术成功率.下颌骨有限元分析结果表明:下颌骨应力集中区域主要分布于踝突区、下颌角、下颌骨修复处.随着加载力的增大,应力增加明显,特别是下颌骨修复处与踝突区应力分布增长明显.最大应力出现在下颌骨与腓骨的结合处,修复后的下颌骨高应力区泛化的现象得到明显的遏制,应力集中区域明显地减少.     

快速成型技术及其在骨骼三维重构中的应用

针对医学领域中人工关节制造的多样性、复杂性和快速性的要求,提出利用ＣＡＤ技术和快速成型技术来满足这种需求的解决方案：将骨骼的每层ＣＴ片扫描,输入计算机进行图象矢量化,所得数据点用ＣＡＤ软件经过曲线重构、曲面重构、实体重构,输出的ＳＴＬ文件在快速成型机切片,生成激光轨迹并加工出骨骼原型,以此作为人工关节设计的依据．对这一系统的实现过程进行研究,提出了一种基于ＣＡＤ技术及快速成型技术来制造人工关节的敏捷制造系统框架．     

Development of an Accurate Urban Modeling System Using CAD/GIS Data for Atmosphere Environmental Simulation

This paper presents an urban modeling system using CAD/GIS data for atmosphere environmental simulation, such as wind flow and contaminant spread in urban area. The CAD data is used for the shape modeling for the high-storied buildings and civil structures with complicated shape since the data for that is not included in the 3D-GIS data accurately. The unstructured mesh based on the tetrahedron element is employed in order to express the urban structures with complicated shape accurately. It is difficult to understand the quality of shape model and mesh by the conventional visualization technique. In this paper, the stereoscopic visualization using virtual reality (VR) technology is employed for the verification of the quality of shape model and mesh. The present system is applied to the atmosphere environmental simulation in urban area and is shown to be an useful planning and design tool to investigate the atmosphere environmental problem.     

服装穿着模拟立体效果的实现方法

用自行研制开发的织物CAD软件进行了织物设计及模拟,并用图像处理方法对该织物进行了服装穿着仿真,使织物设计到服装穿着仿真成为一个有机的整体,为纺织厂能够从服装的穿着效果来决策织物的设计和生产提供了实用的依据。     

应用于模具CAD/CAM的数据库系统

本文在对模具设计进行分析的基础上,提出了模具设计特有的系列化设计概念模型.依据此模型,可找到决定一系列模具零件相关设计的独立的数据集——系列因子,进而构造出模具零件.文中给出的应用于模具CAD/CAM的HJDB数据库系统在关系型数据库管理系统的支持下实现.     

Individual Cranium Reconstruction with CAD/CAM

Treatment of cranium and maxilla defects using CAD/ CA M techniques has been under the way. This makes it possible to rehabilitate the defective skull, to protect the intracranial structure from damage and to give t he patient an individual implant with satisfying visual effect at same time. The general process of treatment are picking-up the shape information of defective skull from CT pictures of the patient, reconstructing 3-dimensional model of t he defect part, transforming the image data into manuf...     

面向对象的轴类零件特征造型系统设计

基于面向对象的特征建模思想，在AutoCAD 2000软件平台上，设计开发了轴类零件特征造型系统．该系统基于主、辅形状特征自动设计轴类零件的三维模型，并具有特征信息交互设计，特征编辑和特征文件输出等功能，为实现CAD／CAM集成提供了一种途径．