股骨三維有限元快速建模及骨密度值求解.pdf

1、目的：探討運(yùn)行Ansys命令流文件進(jìn)行快速建立股骨三維有限元模型的方法，完成股骨骨密度值的精確求解并進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 方法：采用12側(cè)完整的新鮮成人尸體股骨標(biāo)本為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)分成真實(shí)測量組和有限元分析組。有限元分析組包含如下實(shí)驗(yàn)步驟，股骨標(biāo)本初步處理、高速薄層CT掃描（層距0.625mm）、Mask文件編輯、初步三維重建、表面光滑處理、輸出股骨三維模型至Ansys 11.0、運(yùn)行Ansys命令流文件1完成網(wǎng)格劃分、將股骨三維模

2、型輸出至Mimics 10.01，按照經(jīng)驗(yàn)公式賦予材料屬性，輸出已賦材料屬性的三維模型至Ansys11.0即可進(jìn)行有限元分析，至此完成股骨三維有限元建模。賦予材料屬性的經(jīng)驗(yàn)公式源于國外學(xué)者的研究，主要包括CT值與密度值的函數(shù)關(guān)系、密度值與彈性模量的函數(shù)關(guān)系，甚至，可以根據(jù)Mimics的規(guī)定進(jìn)行自定義。在所建立的12個股骨有限元模型上，進(jìn)行簡易的施加載荷及條件約束，完成有限元分析后，運(yùn)行Ansys命令流文件2及文件3，即可讀取10種材料屬

3、性體單元的數(shù)值及體積，并以*.txt格式文件輸出，在Excel中完成10種材料屬性體單元的體積的統(tǒng)計，與相應(yīng)的密度值的乘積即為各材料屬性的質(zhì)量，從Mimics中直接讀取三維模型的體積，質(zhì)量總和與體積的比值即為所求解的骨密度值。真實(shí)測量組將12側(cè)新鮮股骨標(biāo)本的肌肉及肌腱等軟組織切除，然后將股骨浸泡于無水酒精1周，取出自然晾干，以電子天平精確稱重后計算真實(shí)骨密度值。2組骨密度值的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及相關(guān)分析。
　　 結(jié)果：1.快

4、速完成12側(cè)股骨標(biāo)本有限元建模并完成簡易的有限元分析；2.通過有限元分析的方法完成股骨骨密度值的理論推導(dǎo)；3.統(tǒng)計學(xué)分析表明2組骨密度值無統(tǒng)計學(xué)意義上的差異，2組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為0.9425。
　　 結(jié)論：
　　 1.使用Ansys命令流文件的方法可以提高有限元建模的效率；
　　 2.本課題的骨密度值求解精確度高、重復(fù)性好、質(zhì)量控制好；
　　 3.本課題的實(shí)驗(yàn)方法在完成有限元建模的同時獲取骨密度值，而且，