股骨材料屬性有限元模擬及生物力學分析.pdf

1、有限元方法已經被廣泛地應用于研究生物組織結構的力學行為。有限元網格由CT數據生成之后，給每個單元分配材料屬性便成為了建立個性化有限元模型的基本步驟，而且材料屬性分配將對分析結果產生很大的影響。CT圖像經過校驗可以提供骨骼幾何形狀和密度信息，又由于CT數據集和由它生成的網格模型在空間上是對應的。因此，通過選擇適當的算法可以實現每個網格單元材料屬性的賦值。
　　這一領域的大部分研究都集中在各向同性材料屬性的分配，因為這種算法比較簡單。

2、然而，骨材料一般情況下被認為是各向異性而非各向同性的。因此，本論文的目的是通過數值積分的方法給每個網格單元賦予材料屬性實現非均勻性的模擬，再合理定義主材料方向實現各向異性模擬，然后比較兩種材料模型在六種載荷狀況下的力學分析結果的差別。我們選擇四個感興趣區(qū)域分別進行等效應力和節(jié)點位移的比較?？傮w來說，本論文包括以下內容：
　　首先介紹CT數據和有限元網格數據的準備情況。由于初始的CT數據是DICOM格式，比較復雜，我們首先將它轉化為

3、VTK格式。除此之外，我們還介紹了有限元網格生成過程，包括CT圖像處理、三維重建和網格劃分等。
　　通過編寫程序讀取CT數據和有限元網格數據，然后給每個網格單元分配一種材料屬性，這種材料屬性是來源于單元處的骨組織密度。這一過程就實現了材料屬性非均勻特性的有限元模擬。
　　根據股骨干處的皮質骨結構以及股骨頸處的松質骨結構，松質骨的材料主方向依據小梁骨結構定義，皮質骨的材料主方向依據哈弗系統(tǒng)的方向定義。
　　為了全面地了解