Abaqus结合Tosca可快速设计点阵结构,并对其材料性能进行预测,同时应用Abaqus新增增材制造插件(AM Plug-In)快速AM工艺设置,仿真3D打印过程。
上一篇介绍了运动鞋底的晶格结构优化设计流程,写得甚是辛苦,脊椎都快凸出了,急忙去某宝逛一趟,得知神器(图1),医学人称:脊椎侧弯矫正器腰部支架,在此简称其支架。
图1 脊椎侧弯支架
上图支架甚是繁重,加重了身体负担,需加以优化设计。
引言
脊椎侧向弯曲,即脊柱侧凸是儿童中常见的脊椎问题。图2所示的“Cobb Angle”在世界范围内被用于测量和量化脊椎畸形的大小,此为一种量化和追踪脊柱侧凸的标准测量方法。
图2 Cobb Angle
如果脊柱侧弯在20~40度,骨科医生通常会开具图3所示的脊椎侧弯矫正器腰部支架,以防脊柱产生更多变形,通常病人每天需要穿18-20小时。
图3 支架模型
因病人的脊柱侧弯而异,需要进行定制,如果使用传统方法,通常需要很长时间,使用增材制造方法,是个不错的选择,同时,设计出更轻的支架也是非常重要的。
优化设置
采用Abaqus+Tosca进行设置和尺寸优化。
设计空间:
图4 优化设计空间
几何模型转换为晶格结构:
图5 晶格模型
边界载荷:如图5示意,组合加载工况AB、BC、AC、ABC。
图6 受力示意
目标:最大刚度(最小应变能)
优化结果
Tosca优化迭代和应变能、相对体积变化如图7所示。
(a)应变能
(b)相对体积
图7 优化结果和迭代过程
最优结果如图8所示。
(a)尺寸分布
(b)应力分布
图8 优化结果
讨论
以上采用Abaqus、Tosca优化了支架的晶格结构,然后对优化几何进行重构,如图9所示。
图9 几何结构重构