Диссертация (1025646), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Обработка предоперационной модели грудной клетки в программномкомплексе Altair HyperMesh3.4.1. Импорт конечно-элементной модели грудной клеткиКак упоминалось выше, основной задачей использования программногокомплекса Altair HyperMesh является передача конечно-элементной модели изAmira в ANSYS. Ниже подробно описаны шаги, позволяющие решитьпоставленную задачу при помощи Altair HyperMesh 9.0. Интерфейс программыпредставлен в [105].На первом шаге осуществляется импорт модели грудной клетки впрограмму через панель меню (File → Import). При этом в области Tab Areaпоявляется вкладка Import с набором параметров (см.
Рис. 3.19), где задается типимпортируемой модели, тип файла, а также путь к импортируемому файлу.Рис. 3.19. Набор параметров импорта на вкладке ImportПосле запуска импорта появляется окно сообщений (Import ProcessMessages), в котором отображаются предупреждения и ошибки, возникающие входе процесса. При импорте многокомпонентной конечно-элементной сетки,созданной в программном комплексе Amira, в окне сообщений появляютсяпредупреждения о наличии в модели элементов с повторяющимися номерами.Это связано с тем, что для каждого компонента модели (ребра, грудина, реберныехрящи и т.д.), сохраненной в формате *.hmascii, ведется своя, независимая отостальных, нумерация.
Так, при импорте модели грудной клетки было получено140778 данных предупреждений (см. Рис. 3.20) с рекомендацией проведенияперенумерации всех элементов.98Рис. 3.20. Окно сообщений процесса импорта модели3.4.2. Перенумерация узлов и элементов конечно-элементной сеткиДалее осуществлялась перенумерация узлов и элементов конечноэлементной сетки через панель меню Mesh → Renumber → All.
После запускаданной команды в области панелей появляются параметры перенумерации,включающие номер первого узла/элемента (start with) и шаг (increment by), скоторым будет проведена автоматическая нумерация при выполнении командыrenumber (см. Рис. 3.21).Рис. 3.21. Панель перенумерации3.4.3. Назначение типа конечного элемента ANSYS тетраэдрам моделиНа следующем шаге для всех тетраэдров модели задавался тип конечногоэлемента ANSYS. Окно выбора типа элемента, представлено на Рис. 3.22. Так каквсе компоненты модели грудной клетки состоят из 4-х узловых тетраэдров, то изпредставленного списка был выбран элемент SOLID185.
Данный тип элементаявляется 8-ми узловым гексаэдром с возможностью вырождения в 4-х узловойтетраэдр. В данном случае несколько узлов элемента имеют совпадающиекоординаты (см. Рис. 3.23).Рис. 3.22. Меню утилит и окно выбора типа конечного элемента ANSYS99Рис.
3.23. Конечный элемент SOLID185 в опции гексаэдра и тетраэдраНазначение выбранного элемента всем компонентам модели выполнялосьпосредством параметров, загружаемых в область панелей (см. Рис. 3.24) черезпанель меню Mesh → Assign → Element Type. Так как разрабатываемая модельможет состоять из конечных элементов различных типов, то в появившейсяобласти устанавливается тип элемента ANSYS для каждого из них. Для нашегослучая параметру tetra4 было присвоено значение SOLID185, выбранное из спискадоступных элементов. Остальные параметры определения типа элемента былиоставлены без изменений. Затем производился выбор всех тетраэдров модели(elems → all), которым назначался выбранный тип элемента посредством запускасоответствующей команды – update.Рис.
3.24. Панель назначения типов конечных элементов ANSYS элементаммодели3.4.4. Назначение свойств материалов компонентам моделиСледующей операцией было задание свойств материалов для каждогокомпонента модели. Панель определения и редактирования набора свойствматериалов, представленная на Рис. 3.25, была вызвана через панель менюMaterials → Create.Рис. 3.25. Панель определения и редактирования свойств материалов100Создания нового материала (create) осуществляется после определенияимени материала (mat name) и выбора шаблона (card image) записи заданныхсвойств на языке APDL (ANSYS Parametric Design Language). В данном случаедля выбора доступно два шаблона.
При выборе шаблона «MATERIAL» записьсвойств осуществляется при помощи команды MP, а при выборе шаблона«MPDATA» – команды MPDATA. Обе команды могут быть использованы дляопределения линейных свойств материалов, поэтому выбор шаблона не имеетпринципиального значения. Таким образом, для всех компонентов модели былсоздан свой материал.Редактированиесвойств(update)выполняетсяпосредствомвыборатребуемого материала и запуска процесса редактирования – update/edit. На Рис.3.26 представлена панель редактирования материала костной ткани ребер игрудины.
В нижней части панели приведен список всех возможных свойствматериалов, которые могут быть заданы в ANSYS. Из данного списка выбираютсятребуемые характеристики материалов, а в верхней части панели задаются ихчисленные значения в зависимости от температуры. Так, для всех материаловмодели грудной клетки были заданы средние значения модуля упругости (EX), атакже коэффициент Пуассона (NUXY), представленные в Таблице 8. ПараметрыMP_EX_LEN и MP_NUXY_LEN определяют количество значений модуляупругости и коэффициента Пуассона, зависящих от температуры. Даннымпараметрам было присвоено значение 1.Рис. 3.26.
Панель выбора и задания свойств редактируемого материалаДалее каждому компоненту модели присваивался соответствующийматериал. Данная операция выполнялась при помощи панели редактирования101компонентов модели (см. Рис. 3.27), вызванной через панель меню Collectors →Edit → Components. Процедура назначения компоненту материала заключалась ввыборе компонента модели – comps, определении шаблона – card image, выборетребуемого материала и исполнения команды – update. Для выполнения операциииспользовался шаблон, заданный по умолчанию – HM_COMP.Рис. 3.27.
Панель редактирования компонентов модели3.4.5. Экспорт модели в конечно-элементный комплекс ANSYSНа последнем шаге полученная модель грудной клетки экспортировалась вANSYS. После запуска процесса экспорта (File → Export) в области Tab Areaпоявляется вкладка с параметрами экспорта (Рис.конечно-элементноймоделибылреализован3.28). Успешный экспортприследующихзначенияхпараметров:• тип экспортируемых данных (Export type) – конечно-элементная модель(FE Model);• тип файла (File type) – Ansys;• шаблон экспорта (Template) – Ansys;• экспортируемые компоненты модели (Export) – все компоненты (All).Рис.
3.28. Параметры экспорта на вкладке Export102В дополнении к данным параметрам на вкладке Export задаетсярасположение экспортируемого файла (File), а также наличие запросов насохранение недопустимых элементов (Prompt to save in valid elements) иперезапись файла с совпадающим именем (Prompt before over write).
Экспортмодели осуществляется в файл формата *.cdb, содержащий набор команд на языкеAPDL.3.4.6. Алгоритм обработки конечно-элементной модели грудной клеткиАлгоритм обработки конечно-элементной модели в программном комплексеAltair HyperMesh представлен на Рис. 3.29. Все операции выполняются вавтоматическом режиме, поэтому процесс обработки занимает несколько минут.Следует отметить, что HyperMesh обладает большим набором инструментов посозданию, контролю качества и редактированию конечно-элементной сетки,которые рассматривались в рамках данной работы. Экспорт разработанныхмоделей может быть также осуществлен в такие конечно-элементные комплексыкак ABAQUS, NASTRAN, MADYMO и многие другие.НачалоИмпорт конечноэлементной модели ГКПеренумерация узлов и элементов конечноэлементной модели ГКВыбор и назначение типа конечногоэлемента ANSYS тетраэдрам моделиНазначение механических свойствматериалов компонентам моделиЭкспорт конечно-элементноймодели ГК в ANSYSПанель меню: File → ImportФормат:*.HMASCIIПанель меню:Mesh → Renumber → All1.
Меню утилит: Utility → ET Type…2. Панель меню: Mesh → Assign → ElementTypeПанель меню:1. Material → Create2. Collectors → Edit → ComponentsПанель меню: File → ExportФормат:*.cdbКонецРис. 3.29. Алгоритм обработки конечно-элементной модели в программномкомплексе Altair HyperMesh1033.5. Создание послеоперационной поверхностной модели грудной клеткиПослеоперационные снимки КТ также были обработаны при помощипрограммного комплекса Amira.
Основными целями использования данной КТбыли оценка послеоперационной формы грудной клетки и определение местарасположения и формы корректирующих пластин. Поэтому процесс обработкисостоял из выполнения сегментации снимков КТ и создания поверхностноймодели грудной клетки. В ходе сегментации на снимках КТ выделялись области,относящиеся к ребрам, грудине, реберным хрящам, позвоночному столбу икорректирующим пластинам. Разделение позвоночного столба на позвонки имежпозвоночные диски не проводилось.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
