基于网格映射的骨组织多孔支架设计与分析
发布时间：2023-03-10 19:22
由创伤、疾病等原因导致的骨组织缺损给患者的工作和生活造成了极大的不便,骨组织支架修复技术因其材料来源广泛、术后恢复时间短以及术后并发症少等优点,成为治疗骨组织缺损最普遍、最有效的方法。骨组织多孔支架是用于修复人体骨缺损的形态和功能替代物,根据结构仿生学的要求,支架应具有与缺损骨表面轮廓高度一致的外部轮廓,利于更好地匹配其他部位,同时应具有与自然骨内部孔隙相似的三维贯通孔隙结构,以满足力学性能与生物性能的需求。根据骨组织多孔支架设计要求,探索多孔支架建模方法;基于有限元分析理论,提出优化设计方案,构建一条关于可控结构骨组织多孔支架的设计与优化路线,实现具有与人体缺损部位外形吻合和内部孔隙结构参数可调控相结合的骨组织多孔支架建模。论文主要从以下四个方面展开工作:首先,以有限元网格划分和CSG实体建模方法为基础,提出一种通用的骨组织多孔支架建模方法,通过该设计方法得到的多孔支架其外部轮廓能与骨组织外形相匹配,且内部结构可通过设计参数进行调控,为骨组织多孔支架的仿生建模提供一条新的技术路线和实现方法。然后,针对本研究设计的骨组织多孔支架结构特点,提出一种合理的多孔支架参数化建模方法,获取可用于...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景目的及意义
1.2 骨组织多孔支架设计研究现状
1.2.1 骨组织多孔支架外形研究
1.2.2 骨组织多孔支架内部微孔结构研究
1.2.3 骨组织多孔支架结构优化研究
1.3 本文主要内容
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 基于网格映射的多孔支架建模方法研究
2.1 基于网格映射的支架单元构形方法
2.1.1 有限元体网格单元
2.1.2 网格映射的支架单元构形方法
2.2 骨组织多孔支架建模
2.2.1 实体模型的体网格划分
2.2.2 多孔支架线框建模
2.2.3 多孔支架实体建模
2.2.4 主要设计参数分析
2.3 实例
2.3.1 下颌骨缺损支架建模
2.3.2 股骨缺损支架建模
2.4 本章小结
第三章 基于有限元应力分析的支架局部加密设计
3.1 基于APDL的多孔支架参数化建模
3.1.1 有限元法
3.1.2 参数化设计语言APDL
3.1.3 基于APDL的多孔支架参数化建模
3.2 基于有限元应力分析的支架局部加密研究
3.2.1 局部加密方法的有限元计算
3.2.2 局部加密方法的测试实验
3.2.3 基于有限元应力分析的支架局部加密方法
3.3 实例
3.3.1 下颌骨缺损支架参数化建模
3.3.2 下颌骨缺损支架局部加密
3.4 本章小结
第四章 骨组织多孔支架结构优化设计
4.1 结构优化设计理论
4.1.1 基本概念
4.1.2 数学模型
4.1.3 优化方法
4.2 骨组织多孔支架结构优化设计的研究
4.2.1 数学模型的建立
4.2.2 优化设计的具体流程
4.3 基于MATLAB和ANSYS的优化程序设计
4.3.1 ANSYS的Batch模式
4.3.2 MATLAB的调用模块
4.3.3 数据传递模块
4.3.4 编程的具体实施
4.4 实例
4.4.1 下颌骨缺损支架优化设计
4.4.2 优化结果分析
4.5 本章小结
第五章 基于网格映射的多孔支架设计系统搭建
5.1 开发背景及设计目的
5.1.1 开发背景
5.1.2 设计目的
5.2 系统开发环境
5.2.1 Netgen介绍
5.2.2 Open Cascade介绍
5.3 系统总体概述
5.3.1 系统功能需求分析
5.3.2 系统的总体框架
5.4 系统功能描述
5.4.1 四面体网格划分模块
5.4.2 支架参数化模型建立模块
5.4.3 支架实体建模模块
5.4.4 优化后支架实体建模模块
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文
本文编号：3758414
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景目的及意义
1.2 骨组织多孔支架设计研究现状
1.2.1 骨组织多孔支架外形研究
1.2.2 骨组织多孔支架内部微孔结构研究
1.2.3 骨组织多孔支架结构优化研究
1.3 本文主要内容
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 基于网格映射的多孔支架建模方法研究
2.1 基于网格映射的支架单元构形方法
2.1.1 有限元体网格单元
2.1.2 网格映射的支架单元构形方法
2.2 骨组织多孔支架建模
2.2.1 实体模型的体网格划分
2.2.2 多孔支架线框建模
2.2.3 多孔支架实体建模
2.2.4 主要设计参数分析
2.3 实例
2.3.1 下颌骨缺损支架建模
2.3.2 股骨缺损支架建模
2.4 本章小结
第三章 基于有限元应力分析的支架局部加密设计
3.1 基于APDL的多孔支架参数化建模
3.1.1 有限元法
3.1.2 参数化设计语言APDL
3.1.3 基于APDL的多孔支架参数化建模
3.2 基于有限元应力分析的支架局部加密研究
3.2.1 局部加密方法的有限元计算
3.2.2 局部加密方法的测试实验
3.2.3 基于有限元应力分析的支架局部加密方法
3.3 实例
3.3.1 下颌骨缺损支架参数化建模
3.3.2 下颌骨缺损支架局部加密
3.4 本章小结
第四章 骨组织多孔支架结构优化设计
4.1 结构优化设计理论
4.1.1 基本概念
4.1.2 数学模型
4.1.3 优化方法
4.2 骨组织多孔支架结构优化设计的研究
4.2.1 数学模型的建立
4.2.2 优化设计的具体流程
4.3 基于MATLAB和ANSYS的优化程序设计
4.3.1 ANSYS的Batch模式
4.3.2 MATLAB的调用模块
4.3.3 数据传递模块
4.3.4 编程的具体实施
4.4 实例
4.4.1 下颌骨缺损支架优化设计
4.4.2 优化结果分析
4.5 本章小结
第五章 基于网格映射的多孔支架设计系统搭建
5.1 开发背景及设计目的
5.1.1 开发背景
5.1.2 设计目的
5.2 系统开发环境
5.2.1 Netgen介绍
5.2.2 Open Cascade介绍
5.3 系统总体概述
5.3.1 系统功能需求分析
5.3.2 系统的总体框架
5.4 系统功能描述
5.4.1 四面体网格划分模块
5.4.2 支架参数化模型建立模块
5.4.3 支架实体建模模块
5.4.4 优化后支架实体建模模块
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文
本文编号：3758414
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/waikelunwen/3758414.html
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