Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компьютерное моделирование изделий медицинского назначения. Методические указания
.pdf
Упражнение 11
3D-модель имплантата в форме конуса (см. Урок 2, Упражнение 5) спроектирована для поврежденного участка лучевой
кости. Модель выполнена из сплава титана 6Al-4V медицинского назначения. Используя приложение «Simulation», необходимо подобрать оптимальный диаметр сечения в диапазоне от 2
до 10 мм для обеспечения деформации не более 5 % при сжимающем усилии 8000 Н.
Проведение испытаний на сжатие
Шаги
• Задать для 3D-модели имплантата свойства титана 6Al-4V.
– Выбрать Materials > Study Materials. Появится диалоговое
окно Study Materials.
– В окне Material Library нажать на All Libraries.
– Из списка Fusion 360 Additive выбрать Material Library.
– В окне Override выбрать из списка материалов Titanium
6Al-4V и нажать на OK.
• Зафиксировать 3D-модель снизу (рис. 36).
– Выбрать Constrains > Structural Constrains. Рядом с эски-
зом появится диалоговое окно Structural Constrains.
– Используя команду Fixed, зафиксировать неподвижно
нижнюю грань 3D-модели (как только выбирается нижняя грань
3D-модели, в диалоговом окне Structural Constrains отображается количество зафиксированных граней в опции Targets).
– Нажать на OK.
Рис. 36. Фиксация нижней грани 3D-модели
51
• Приложить сжимающее усилие к 3D-модели (рис. 37).
– Выбрать Loads > Structural Loads. Рядом с эскизом появит-
ся диалоговое окно Structural Loads, в окне Type выбрать из списка тип сжимающего усилия Force.
– Используя команду Force, приложить сжимающее усилие
8000 Н к верхней грани 3D-модели (как только выбирается верхняя грань 3D-модели, в диалоговом окне Structural Loads отображается количество зафиксированных граней в опции Targets).
– Нажать на OK.
Рис. 37. Направление приложения сжимающей силы
к верхней грани 3D-модели
• Построить сетку (Mesh) на 3D-модели и запустить компи-
лятор программы исследования.
– Выбрать Solve > Generate Mesh.
– Выбрать Solve > Solve. Щелкнуть левой клавишей мыши
на Solve 1 Study и дождаться окончания выполнения программы
исследования.
• Определить минимальные и максимальные значения де-
формаций, возникающих в 3D-модели под действием сжимающего усилия.
– Щелкнуть левой клавишей мыши на Safety Factor и из по-
явившегося списка выбрать опцию Strain.
Шкала напряжений, деформаций и других параметров располагается в правом нижнем углу рабочей области (рис. 38),
где синим цветом отображаются наименее нагруженные места,
52
красным цветом наиболее нагруженные, с соответствующими
числовыми значениями параметров. Данная цветовая шкала
проецируется на 3D-модель, показывая нагруженные места.
Как следует из рис. 39, наиболее нагруженным местом является
верхняя часть 3D-модели имплантата (место приложения сжимающего усилия 8000 Н).
Рис. 38. Шкала напряжений в исследуемой модели
Рис. 39. Пример наиболее нагруженных участков
(цветовая индикация) на 3D-модели
53
Наименее нагруженными местами являются области между технологическими отверстиями и рядом с ними. При проведении симуляции необходимо стремиться к тому, чтобы в
3D-модели преобладали минимальные напряжения и деформации. Если в 3D-модели преобладают максимальные напряжения
и деформации, то в нее необходимо вносить изменения. Однако
деформации определяются не только по цветовой шкале, но и
числовой. Как следует из рис. 38, на модели отображаются места с максимальным (0.01928) и минимальным (0.00001) значениями деформации. Согласно условию задачи, максимальные
деформации, возникающие в модели, не должны превышать
значения 5 %. В данном случае максимальное значение деформации составляет 1.928 %, что меньше требуемого значения.
Следовательно, нет необходимости вносить изменения в модель.
Упражнение 12
Используя приложение «Simulation», подобрать оптимальный диаметр сечения в диапазоне от 1 до 10 мм для моделей,
спроектированных в Упражнениях 2, 3 и 4, в целях обеспечения
деформации не более 5 % при сжимающем усилии 10 000 Н.
Упражнение 13
Используя приложение «Simulation», подобрать оптимальный диаметр сечения в диапазоне от 2 до 10 мм для моделей,
спроектированных в Упражнениях 6 и 7, в целях обеспечения
деформации не более 10 % при сжимающем усилии 12 000 Н.
54
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Салимон, А.И. Компьютерное моделирование материалов
медицинского назначения [Текст]: метод. рекомендации по использованию программного обеспечения Autodesk Fusion 360 /
А.И. Салимон, В.А. Львов. М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2020.
Большаков, В. Твердотельное моделирование в CAD системах: AutoCad, КОМПАС-3D, SolidWorks / В. Большаков, А. Бочков, Ю. Лячек. СПб. : Питер., 2015
Dipaola M., Wodajo F. 3D Printing in Orthopaedic Surgery,
2019 Elsevier.
Myer, Kutz. Biomedical Engineering and Design Handbook.
Second Edition, 2009. The McGraw-Hill Companies
Rybicki F.J., Grant T.G. (eds.) 3D Printing in Medicine. A
Practical Guide for Medical Professionals.
Redwood Ben, Schoffer Filemon, Garret Brian. The 3D Printing
Handbook, 2017. 3D Hubs B.V.
Портал Autodesk Knowledge Network: https://knowledge.
autodesk.com/
55
Учебное издание
Львов Владислав Александрович
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ
МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Методические указания
Технический редактор Т.В. Суханова
Корректор Е.Н. Леонова
Компьютерная верстка А.Л. Бабабекова
Подписано в печать 17.11.21 Уч.-изд. л. 3,5 Формат 60 × 90 1/
Национальный исследовательский
технологический университет «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. 8 (495) 638-44-06
Отпечатано в типографии
Издательского Дома НИТУ «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. 8 (495) 638-44-16, 8 (495) 638-44-43
16
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]