AnyBody助力有限元仿真：高效、精确、个性

来源：未知 │ 发表时间：2021-12-09　| 浏览数：载入中...

AnyBody助力有限元仿真：高效、精确、个性

有限元分析法（FEA，Finite Element Analysis），是对研究对象进行网格划分，利用数字化、数学法建模, 根据已知的节点数目、各节点坐标系以及材料特性等条件, 对每一单元施以作用并做出一个近似解, 最后推导解决这个域的总解, 再进行定量分析，从而使实际复杂的问题定量化。

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图1 有限元分析的网格划分

有限元分析法的主要思想是“化整为零、集零为整”，能够分析机体内外部应力、应变的力学情况。在建立三维模型时，由于骨骼、肌肉结构复杂且难以分离，为了便于分析计算，研究者往往会简化模型，忽略肌肉、韧带、软骨等组织的建模，使得有限元研究中设置的边界条件也得以简化。但是，过于简化的边界条件会影响有限元分析结果的准确性，故需要一个既精确又简便的方法。

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图2 不同边界条件下的骨盆有限元模型

AnyBody 软件作为人机工程学和生物力学分析的软件，是目前市场上唯一可以分析完整骨肌系统的软件。它可以仿真人体不同的运动状态，真实地模拟出各种运动状态下的生物力学环境。很多学者利用 AnyBody 软件进行运动生物力学分析，并证明了 AnyBody 软件在运动生物力学研究中的准确性、实用性及科学性。通过利用 AnyBody 软件模拟人体各种不同的运动状态，再联合有限元法分析人体运动过程中的应力、应变情况，相比静态有限元分析更能逼真地反映人体的生物力学状况。

图3 Anybody创建的上肢个性化骨骼肌肉多体动力学模型

AnyBody 软件中的 AnyFE2Abq 插件功能，能够导出有限元软件需要的包括肌肉力、关节力、力矩、肌肉韧带附着点及约束等。通过将上述负荷和边界条件与坐标匹配的骨骼模型同时导入有限元分析软件 ABAQUS 中进行加载，再手动微调肌肉附着点的大小和位置，使之与正常肌肉解剖位置及大小相符合，能够更大程度得模拟出骨肌系统的真实情况，保证分析结果的精确性。

图4 肱骨的载荷和边界约束

总之，三维有限元分析作为生物力学分析的主要辅助技术方法，提高有限元分析法的结果准确性十分重要，而边界条件的设置对有限元求解结果有着重要的影响。AnyBody软件可以提供有限元分析所需要的边界条件，使得在有限元软件中不需要重建模型的肌肉、韧带以及附着点，且模拟的生物力学环境更符合人体真实的生物力学环境，能够很好的保证分析结果的高效、精准和个性。因此，将 AnyBody 人体建模仿真技术和三维有限元分析相结合的方法，已经成为骨骼肌肉多体动力学仿真分析的新思路、新方法。

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