想用ansys去分析骨頭的受力情況，有什麼快速入門簡單應用的教程嗎？我工科的知識儲備太少了。請教。？

01-08

曾建了一個簡化的人體頭骨3D模型，主要利用有限元方法研究了偏頜患者術前術後顳下頜關節應力分布的影響(其實就是我們常見的偏頜問題，與之對應的還有下頜前突和後縮問題)

這是術前模型

這是術後模型

這是劃分完網格的有限元模型

我採用的方法是先將獲得的人體頭骨的CT掃描圖像導入mimics軟體中，再一層層生成頭骨的3D實體模型，這一部分是極其痛苦的，其中要不斷的修改優化3D模型，尤其是這種複雜的3D模型，為了建這個模型，前前後後大概花了三個月時間，那麼模型建立好了之後幹嘛呢？既然是要做有限元分析當然要想辦法將生成的3D模型導入到有限元軟體中去嘍，這裡我之前採用過兩種方法：1，在mimics軟體中是可以直接劃分網格的，可以將劃分完網格的模型直接導入到有限元軟體當中；2，可以採用一些幾何優化軟體，比如我之前用的是rapidform，先對mimics生成的幾何實體進行拓撲優化，這樣做的好處是生成的幾何實體局部比較光滑，在相應的有限元軟體中也容易劃分網格。

下來就是怎麼定義相應有限元模型的問題了，這裡有幾點需要注意的地方，我們知道一般人體的骨骼是各項異性材料，所以如何定義合理的材料屬性將直接關係到有限元模型分析結果的正確性；其次，在真實情況下，骨頭一般都是受人體內部肌肉力的驅動而運動的，因此如何提取真實工況下的肌肉力又是一個問題，下來就是關於接觸的部分了，這部分也是比較複雜的部分，大致提一下，我們知道一般兩個骨頭之間一般還有一層軟骨，這裡涉及到如何簡化有限元模型以及如何簡化接觸，比較複雜，就不解釋了，題主有需要的話可以查看生物力學領域的相關文獻或論文。下來就是定義分析步，這裡涉及到是要做動力學分析還是靜力學分析神馬的，看題主要研究神馬問題了，然後劃分網格神馬的我就不羅嗦了，大家都懂，具體的分析流程大概這樣，先這樣吧，有啥不明白的再補充。

用Ansys分析骨頭的受力情況，思想很好，除了劉設計師提到的模型簡化和通用性知識，還有個東西是有限元計算里必須要用到的：骨頭的本構模型。

骨頭可以受拉、壓、彎、剪、扭，每一個受力狀態下都對應著不同的應變應變關係（本構模型）以及屈服破壞準則。要建立這些受力狀態下的本構和破壞準則，首先，需要在單一每個受力狀態下進行若干實驗載入，依據實驗數據規律建立相應的單一受力時的本構。其次，需要分析骨頭在組合受力下的規律，如拉彎，壓彎，壓扭，剪扭等等等等，組合很多，每種組合下進行若干試驗找規律。然後，假設上述兩步實驗已經完成，對應的數學模型已經建立，那麼就開始進行純結構分析了（模型中如果有韌帶，還需要建立韌帶的本構模型，以及韌帶與骨頭的接觸模型），那麼你所建立的模型和試驗時的骨頭在形態、長度、骨質疏鬆度等各方面都是可能不同的，這樣還需要一個經驗模型將上述數學模型對應到你的模型中。【這個問題的難點在於，骨頭每塊都不一樣，不是人能造能控制的，對影響其力學特性的諸多參數難以進行變數控制研究，也就是說，前兩步的完成就很難。】

關於建模我覺得難度不大，Ansys可以進行網格導入，如程同學所言。

希望對你有所幫助。

就不啰嗦心德了。

biomechanics相關的ANSYS教程上YouTube搜，從入門到進階一大把一大把的教程，找個和你項目類似的照搬一天上手，改改一周熟練。

就是有一部分印度口音比較重。

模型的話，有幾個面向academic research的資料庫，有edu郵箱註冊一下各種骨骼模型隨便下。具體網站名稱忘了，你搜搜應該不難找到。

謝 @王雲見@申大為邀，沒做過骨頭的分析，胡說兩句。

其實我看了題目還是一頭霧水，題主沒有寫清楚自己要分析骨頭的受力情況做什麼？你想輸入什麼，輸出什麼？咱們先不考慮用什麼軟體，先把骨頭的受力簡化為力學模型。我能想到兩個層次的：

1.骨頭作為人體骨架組成部分，在一些特定情況下其是怎樣受力的？

如果是這樣，我們用梁單元、桿單元模擬骨頭，要考慮骨頭間如何傳力並選用合適的模型。

我們想看看一個人兩手拎著東西的時候骨頭的受力，就可以搞個這樣的模型不是~

而且他還能跳舞。

這類問題你需要一點結構力學和材料力學的知識。

2.想知道單獨某個骨頭取出來，它在不同受力狀態下的情況？

這時候你需要根據所分析的問題的精細程度，選擇合適的模型（如本構模型、幾何模型）等。

如果你要分析一個又圓又長的骨頭，說不定可以簡化為平面應變問題或者平面應力問題或者軸對稱問題哦，沒必要搞三維計算。

如果你要關注骨頭的不同部分的反應，可能就需要精細地畫出骨質、骨髓和骨膜，並賦予合適的材料。

如果你只關注受力很小的骨頭，那可能只需要一個彈性模型。如果你要模擬骨頭脆性斷裂，恐怕簡單的彈塑性模型都滿足不了你。

骨頭作為一個多孔介質，裡面不僅有固體，還有流體，是不是要流固耦合？液體的影響怎麼考慮？反正土裡面是需要考慮液體的，骨頭我不懂，不敢亂說。先抽出一個力學模型，再看ansys能不能做，怎麼做。

使用mimics來對CT圖像進行處理，然後用3-matic進行網格劃分，最後可以將劃分好的網格導入有限元分析軟體進行分析，我這裡有相關的視頻，如果需要可以找我要。

這是ansys2016 名人堂里台灣台灣國立科技大學的案例（National taiwan university of science and technology)

用彈簧代替肌肉

側向運動的雲圖

前傾位移雲圖

脊柱應力

生物是世界上最複雜的東西如果用有限元必然極大程度的要做簡化才能做

所謂的創新不代表絕對百分百的原創能把其他方向其他行業裡面的成熟東西拿出來也是不錯的創新

建議從這兩個角度去思考

1可以怎麼簡化簡化後什麼效果

2 盡量先看其他行業其他方向裡面的通用性知識然後再看醫學領域的專業知識

比如靜力學是有限元最開始最基礎的計算資料一大堆積累的知識一大堆先不要吧自己當做學醫的就當個結構類的普通初學者吧結構類的分析裡面的靜力學分析需要啥看明白相信這些通用性知識就能滿足你70%的需要了另外30%才是醫學專用的部分

突然想起來同組的師兄用ansys做的一個模型，是要模擬陶瓷的結構，因為陶瓷是內部纖維結構，他自己編的程序，將內部的纖維設成一根根的梁單元，纖維隨機生成，纖維之間的結合依據纖維中心的距離決定是否粘結在一起，最後陶瓷的宏觀尺度雖然取得不大，但是算起來還是很耗時的，當時我感覺很震驚，ansys還可以這麼用！自己之前也只是用到了它的一點皮毛

剛才百度了一下陶瓷究竟是不是纖維構成的，也沒找到答案，到時候再求證一下，骨頭是不是也應該內部加上隨機的氣孔，還需要多調研調研，上百度學術搜下骨有限元建模應該有很多論文吧

@鶴運最後說的很好，主要是抽象出力學模型。這個取決於你所研究的問題。如果偏重幾何，那麼細緻的幾何模型就很重要，還有荷載載入的位置和方向；如果偏向材料，那麼對長骨來說幾何外形抽象為空心圓柱也未必不可。然後ANSYS的學習靠網路教程，或者youtube的視頻教程也可以。我學Abaqus基本上就只是靠幫助文檔和裡面的例題而已。再然後就是材料參數的選擇。根據你自己的需求進行簡化，材料可以用各向同性，正交異性，各向異性。一般不用考慮流固耦合問題，雖然實際上是存在的，但是與數值模擬相對比的物理實驗所用的骨組織或者模型，可以不包括流體部分。對應的楊氏模量，泊松比等參數參考生物力學方面的論文就可以了。這方面已經有不同尺度的實驗數據存在了。生物力學問題非常複雜，自己的模擬假設也未必成立，一般最後有條件的話模擬結果要對比物理實驗結果，或者和其他實驗論文結果對比。

我之前做的股骨頸的皮質骨模擬是用的Abaqus， @GeeK的模型看起來也是在Abaqus環境下的。我比較推薦用Abaqus，一方面我對ANSYS了解較淺，Abaqus支持python，結合rhino建模會非常方便。網格的優化推薦用hypermesh。

前段時間剛接觸了一個髖關節的分析，通過使用mimics導入ct圖像重繪出髖關節模型，然後再導入mimics中的3-matic擴展成體網格，之後再根據相關文獻提供的ct圖像灰度和材料彈性模量、泊松比、密度的關係式，直接給畫好的網格賦予上屬性，這樣搞定之後可以根據不同有限元軟體導出不同格式的網格文件，之後的就是在有限元軟體中定義邊界條件計算了。但是有一個問題，用mimics導出的網格單元是假設是各向同性的，由於不是醫學專業的，不知道這樣的假設和簡化是否準確，但是看好多文獻都是這麼搞的，那就暫且解決有沒有的問題，再去關心精確不精確的問題吧。

有限元只是一個數值求解方法，因此更重要的恰當的本構模型和準確的物性參數，否則輸入的是垃圾，得到的也是垃圾。

這麼看來，如果沒有前人的實驗結果鋪路，大量的實驗是必不可少的，有限元只是在實驗的基礎上對研究進行細化和加深。

先建立骨頭本構模型。

合作最好了，比方說我現在力學系做生物力學分析，comsol .abaqus.ansys都可以用

不錯不錯，醫學能用上有限元分析應該也會有不錯前景，工科小碩學習學習ansys中，你所說的這個問題應該是不難解決的，找點書看點視頻，努力哦