[發(fā)明專利]一種考慮應力狀態(tài)的骨結構預測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810440840.8
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108595885A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 馬宗民;王珍;李淑嫻;裘洪梅;鄒凡
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 蓋小靜

1.一種考慮應力狀態(tài)的骨結構預測方法，其特征在于，包括：

步驟一：確定要進行預測的骨結構的拓撲范圍，并根據力學原理抽象出力學邊界條件和載荷；

步驟二：對步驟一確定的骨結構進行建模；

步驟三：對建立的骨結構模型進行有限元網格劃分，得到骨結構有限元網格模型；

步驟四：定義骨結構的初始表觀密度，計算骨的材料性能參數彈性模量，并對每個單元定義材料屬性；

步驟五：對骨結構有限元網格模型加載力學邊界條件和載荷；

步驟六：對骨結構進行有限元分析求解；

步驟七：提取骨結構有限元模型各單元的主應力；

步驟八：根據各單元的主應力判斷各單元的應力狀態(tài)；

步驟九：基于各單元的應力狀態(tài)，根據力學原理選擇各單元適用的力學強度理論；

步驟十：根據確定的力學強度理論應用對應的相當應力計算公式進行各單元力學激勵的計算；

步驟十一：應用骨重建控制方程計算下一步的表觀密度：

步驟十二：根據各單元的新的表觀密度計算各單元新的彈性模量材料參數：

步驟十三：對各單元重新定義材料參數；

步驟十四：骨量收斂判斷，骨量趨于穩(wěn)定，退出骨重建迭代循環(huán)，結束骨結構預測計算；否則轉至步驟六開始下一步的迭代計算；

步驟十五：進入有限元分析后處理，進行各單元骨的表觀密度顯示，即得到預測的骨結構。

2.根據權利要求1所述一種考慮應力狀態(tài)的骨結構預測方法，其特征在于，步驟四中的計算骨的材料性能參數彈性模量，具體為：

E＝Cρ^γ------------------------------(1)

式中E為彈性模量，ρ為骨的表觀密度，用來表征骨內部結構特性；C、γ為常數。

3.根據權利要求1所述一種考慮應力狀態(tài)的骨結構預測方法，其特征在于，步驟十中相當應力計算公式為：

式中S為力學激勵，σ₁、σ₂、σ₃為主應力，且σ₁≥σ₂≥σ₃，μ為材料泊松比，[σ_t]為材料的抗拉許用應力，[σ_c]為材料的抗壓許用應力。

4.根據權利要求1所述一種考慮應力狀態(tài)的骨結構預測方法，其特征在于，步驟十一中計算下一步的表觀密度：

ρ_t＝ρ_t+Δt+B(S-K)Δt-------------------------------(4)

式(3)為微分方程，式(4)為數值計算迭代公式，式中ρ為骨的表觀密度，單位體積骨的質量，用來表征骨內部結構特性；B為骨重建速率；S為力學激勵，用來表征力學效應的幅度，取相當應力作為力學激勵；K為骨重建平衡態(tài)的力學激勵；ρ_t為t時刻骨的表觀密度，ρ_t+Δt為t+Δt時刻骨的表觀密度，Δt為積分步長。