Abaqus種牙植入仿真案例講解

大家好，今天給大家講一個種牙仿真的一個案例 我們知道現在那個醫工交叉 還是比較熱門的一個研究方向 高校都在做研究，包括種牙呀 以及我們可能瞭解的什麼活檢穿刺與骨切削 是一些與這個醫療器械相關的一些製造呀 表面的一些生物相容性的一些研究 包括親血性、疏血性這種 都屬於醫工交叉的範圍 今天我們就是以我學習的種牙 給大家做一個仿真案例的講解 希望對剛入門的同學 或者是在這方面研究的初學者 有一定的幫助 我們首先打開已經創建好的CAE文件 它是分爲幾個部分 看一下，包括這是我們比較瞭解的種植體 一般是鈦合金的 這就是骨的一個模型 還有一個 structure 這是上部的一個模型 我還真不知道它叫什麼 因爲我不是做這方面的研究的 主要是由這三方面構成 這個模型比較簡單 像這種呢啊，這個是這樣 是照在這個種植體上的 這個做一個迴轉體就可以了 包括這個骨呢，這個是在創建的過程中呢 是先啊把這個輪廓通過 一個它的點，然後創建好點之後呢 是以樣條曲線把它們關聯出來 然後創建了它的一個內部的這個啊 sketch啊輪廓 然後呢，創建完這個輪廓之後呢 進行了啊一個拉伸 拉伸完之後呢，進行了一個偏移 offset然後把它偏移出一個厚度 也就是將來我們賦予材料屬性的過程中呢 外面這一層呢，應該是啊皮質骨 內內部的應該是松質骨吧 應該是松脂骨這個上面是因為重 這個呢，就是通過啊，在這個配合裏面有一個 mergecard這麼一個命令 將這個孔號的種子體 進行一個啊孔的一個形成 我們可以看一下，就是我們創建這個啊 ModelOne當中有一個種植體 看一下它 的這一個的一個結構 我們也是啊，先創建了這個，進行 一個迴轉體，最後呢創建了這個螺紋 類似於螺紋吧 我們看一下，就是創建它之後呢，主要是在這塊先創建了 一個二維的結構 包括它的一個長度寬度高度，以及它與水平的一個夾角 10度和0.4，這樣一個處理完之後呢，進行了 一個 Revolution 它的命令應該是 Revolution 它有一個命令 比如說我們這個 Pitch 的距離是 0.95 然後讓它旋轉的角度是 3350 度 最後就形成了我們現在的這個樣 我們講這個地方先，因爲我們後續做了一個變 對這個地方，這個 Pitch 這個地方 變換了一個參數，對比一下它們所產生的一個種植體壓力 這是它的一個模型的構建 相對來說還是比較簡單的 如果不是太清楚，大家可以再去看一下 相關達沃斯的一個建模書，把這幾個命令熟悉一下 這個就是形成這個 thread 什麼叫 thread？應該是叫螺紋吧 那這樣創建完之後呢 我們再到 property 裏面 我們創建了這個鈦 然後皮質骨、松質骨以及這個 structure 上部結構它的一個材料屬性 那這裏面呢是 創建了它的一個彈性的 一個參數，包括主要是 創建它的一個楊氏模量和這個泊松比 包括這個皮質骨的 楊氏模量泊松比 松質骨的楊氏模量 和這個泊松比以及 上部結構的一個楊氏模量和泊松比 我們使用的單位呢應該是一致的 這個東西具體呢大家可以參考這篇文獻 主要應該就是參考這篇文獻來的 但是當然是做了可能簡化 那就是這樣這樣完然後把他們賦予 分別賦予材料屬性之後呢 到這個結構裏邊 它的一個賦予的材料是不一樣的，一個賦予了松質骨 皮質骨，一個賦予了松質骨 這樣賦予完材料之後呢我們就到了 組裝 裝配裝配還是比較簡單的 裝配就是說主要是通過你也是我們說的這個 Translate 就是平移 你選中哪個點移動到哪個點 基本上就平移啊，一步操作到位 是這樣啊， 這個地方一般就是裝配完之後呢， 我們首先將這個啊 這個種植體和這個啊 骨模型呢啊， 移動到它這個中心點的位置來 然後裏面有一個命令， 就是這個移動中心點的 Multicad 然後操作它之後啊， 就可以選擇 我們創建這個 創建你這個命令之後呢 運行它之後就可以啊， 就相當於我們類似於拔啊，像是 什麼啊鑄模似的 有一個這個東西，鑄完 之後呢，它裏邊就會形成 以它爲模型的一個空腔， 就類似於這個這個東西啊， 形成它的空腔 最後在裝配的時候呢， 我們就把這個啊 種植體呢，在裝配上 這是裝配，也是比較簡單的 到這個step裏面我們創建了 一些是靜力學的一個分析 在後續呢，其實主要是一個力的加載 看它一個應力的分佈 包括種植體上的一個骨模型上的一個應力 這個地方呢這個time period沒有變 這個最大的增量呢把它增大到了 多給了一些，給了一個比較大的數字 這樣呢防止它容易出現過鎖 這是一個step 再到interaction這個裏邊 主要是我們先創建了應該是兩個約束 這個 coupling 也就是說我們首先選了上部結構的中心點 作爲一個reference point參考點 然後再和這個表面進行一個coupling的約束 那constraint 2也就是我們創建了一個tie 就是說我們把這個 其實就是把這個種植體的這個表面和這個上部結構的內表面 它倆有一個tie的一個約束 這是創建這麼兩個約束 coupling可能就是把這個點 將來可能用來爲了施加力 這個tie呢可能是因爲它本來是不同的結構 就是爲了讓它倆結合在一起 這樣設下了兩個約束 就是這樣 具體因爲我不是做這個的 具體它這些約束的作用我還真不是太好說 就是到 interaction 裏面然後加了 一個約束完之後呢就加了一個 這個地方有一個自接觸，自接觸呢我們就創建了 一個材料屬性，就加了一個摩擦係數爲 0.3 加了一個材料屬性摩擦係數爲 0.3，然後自接觸裏面 然後效應我們創造一個 new 模型嘛 創建的標準所以說它所施加的一些 - 耶! - 啊! 接觸參數的也比較簡單，其實呢如果我們所創建的 parts 越多，然後那麼我們組合完之後呢所有 施加的這種inaction其實是越多的 因爲它們之間要產生，一定會產生一定的相互作用 所以說我們模型越複雜 創建的單純創建的 parts 越多 它們組合完之後 實際上你要定義的約束就越多 包括一些摩擦 包括一些接觸 類似各種 再到 load load 裏面也比較簡單 就是它和我們剛纔給大家解釋那篇文章還是不一樣的 我們只是創建了一個集中力 施加在我們這個 reference point 這個大家應該讀不出來 施加 加力 的 過程， 從將 是 創建 一個 erence ref p oint 和它 的 一個模型進行綁定， 然後施加在這個 r eference 者一個速度我們同樣是創建了一個啊力的施加呢， 是遵循這個佈置曲線的，放了一個佈置曲線，我們看一下這佈置 曲線一個變化趨勢真的是類似於這樣比較一個，嗯，不是線性， 一個非線性的一個變化的一個趨勢這樣它的力的加力是這樣的一個過程 那施加完這個地方呢，再就是約束這個地方啊，我剛開始沒有講啊， 就在創建 part 的過程中，我們是把這個，你像骨模型分成了 上下兩部分，對吧？是以中間這個位置進行一個切割，我們切割完之後呢 是爲了將下一步下邊的這個面啊用於創建這個平約束就是選擇下面這個面 point 加一個力或 進行一個約束，就說是把模型進行一個分割它的應該就是啊，摩擦的 沒有了，這個地方呢就是剛纔是加的那個力再就是到啊網格的劃分呢？ 網格的劃分呢，就是這個地方的劃分， 我們是對這個 因爲我們這個地方呢 正肢體一定要是從這個 空氣向力啊，啊，正正值的 所以說這個地方呢我們是 相對網格進行了一定加密 然後我這個地方就再簡單的說 我應該是採用一個是 0.2 一個是外面是 0.3 或者看一下這邊宏觀是 1.2 那這個一個 0.5 一個是 1.2 那就是重點關注這個區啊，接觸區 包括到這個種植體也是一樣的 總體我們是給了0.2 然後呢上面這個區域，因為這個地方 主要是這個地方 上面的這個區域呢，不在接觸 那我們就採用一個比較粗糙的 0.1和0.3 那這樣大家根據自己的 到時候需要，可能會要更細化 這個呢 這個地方當時也是進行了一定的分割 啊基本應該是也是對它進行切割 這樣呢切割是為了方便後續 通過這個面切到這個面 是為了我們後續網格劃分的過程中 盡量的劃出這一部分這個標準 劃分完網格之後我們看看我們 所賦予的一個材料網格類型 基本上就是這個線性或應力分析 就是 這樣從 六面 體，這個採用的是四面 體，那最後呢，我們就到了 創建 照片 創建照片完成之後 但是大家把所有的流程走完之後呢 如果你想研究這個不同的這個 thread的一個變化參數的變化 對這個殘餘應力的影響呢 創建完照片之後呢 再回到這個地方 就到這個模型裏面來 我們就可以把它這樣有一個copy 然後就出現了模型二 那在這裏面呢對這個原來模型的其他完 所有的操作記錄完之後呢 那在這裏面我們可以把model 2 這個地方你看我們進行了 其實就是對這個進行了一個修改 比如說我們的剛纔旋轉的角度原來 是3350 現在改成了2900 包括它的P值也改變了 也是在這個基礎上覆制的 原來應該是一個是0.3 現在改成0.5 它原來的角度呢 實際上就是你可以在所有其他參數不變的形態下呢 進行這個模型的copy之後呢就簡單的進行一些修改 然後讓它進行一個軟件的重新生成 當然了你可能要進行一個網格的劃分 但是相比你重新去建模呢 你要少走很多的一些流程 這樣還是比較方便 這樣我們就可以提交分析 model 2，那我們再回到 Model 1 然後我們看一下我們已經仿真完的結果 這邊仿真完了 讓我們看一下 這個結果 這看硬幣 看一下這個應力呢 是四十五，四十 五帕，可以看一下這個共時體的一個應 力，看得出來，就是還 是說與這個骨 因爲它對這個骨模型進行了一定的 有一個壓力 接觸，這個裏面這樣的一個 那再就是直到鑽到最底了 它有一個類似鑽 你就會有一個鎖緊或者是一個放鬆 應 力 骨的 應力 骨所施加的壓力最大呢 是到了 9.171 啊 實際上就是我們將這個種植體 種入你的牙之後呢 對你施加的一個壓力 其實我們應該重點關注一下這個 也不一定，我說的也不一定對 那再就是一個種植體 可能你如果壓力太大了 主要是關注你對人體組織的壓力 壓力有點容易損傷 它是9.171 讓我們看一看我們改完之後 把這個 Pitch 改大了 並且把它的一些角度改大之後 我們再看一下這個模型二中 它的一個應力值 一個是9.17 我們這樣改大完之後 它是 到了 這個 改完之後 它所產生的應力就到了10.1 雖然說是很大 但是相對 施加到人體這個組織上 剛有一段 其實這兩天還是有影響 對人體就是它的一些活性啊，一些神經的一些感覺 當然，如果大家對網絡細化的更明顯 是不是他們的結果會更精確 需要大家後續根據自己去做一些 總體就是這樣吧 你看看，你根據你的需要 是你所需要的一個 它的應力 就是你改完 這個之後 它對底部的應力 發生了大幅度長度寬度 所以先說下面的 這麼一個例子 希望可以做這方面研究的