髋关节植入物的仿真和优化
髋关节置换术是目前最常见的骨科手术。从20世纪50年代末开始，受损和患病的髋关节已经被人造或假体取代，髋关节置换手术包括切除股骨的头部和上部，以及在剩下股骨部分顶部的一些骨髓。在股骨中心孔，植入金属锚柄，其另一端附有关节球。
恢复腿部长度、关节稳定，以及病人的活动，都需要特别的手术挑战。研究表明，不同患者的髋关节头部高度、偏移量和类型有很大的差异。
需采用模拟方法，帮助加速通过食品和药物管理局的ISO 7206/4认证。
01
结构分析和疲劳
采用Abaqus/Standard进行求解。网格和边界如下。
分析结果如下，应力集中于关节球头部区域。
采用Fe-safe进行植入金属的疲劳寿命分析。500万次的正弦加载周期加载。
02参数优化
采用Isight对植入器械进行参数优化设计。其Abaqus/CAE中参数化建模如下。
参数优化Isight流程如下,其中调用了Data Exchanger、Abaqus、Fesafe等模块，进行优化分析。
03
形状优化
基于上述有参的Isight优化结果，进一步采用Tosca对植入物进行无参的形状优化。形状优化的目标为最小化最大损伤，约束为质量不变，设计区域如下。
04
讨 论
Isight流程集成和设计自动化：对所有变化的植入物捕获并自动化ISO 720/4认证过程，Abaqus有限元分析:对植入物的应力和变形仿真模拟，Fe-safe疲劳分析：根据ISO 720/4标准对植入物进行使用寿命评估，Tosca结构优化:对详细设计进行形状优化，进一步增加植入物寿命，以上一系列的仿真分析结合3D打印能够加速植入器械通过认证。
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首次发布时间：2021-04-22
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博士
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仿真专家
C9博士，5本CAE专著
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