3-matic图文教程14丨为解剖体创建非流行装配

Non-manifold Assembly（非流行装配）

在骨-种植体界面上进行载荷模拟是很有趣的，原因有几个，例如，为了检查载荷是否正确地从假体转移到骨头上。

由于不一致的表面通常会产生高的应力集中，从而导致不现实的加载情况，因此在有限元程序中，假体和骨的网格在界面处都有节点或共节点是非常重要的。

Mimics可以通过创建非流形装配来解决这个问题。该工具允许装配两个或更多的部分成一个合并的部件，其中有一个共享的表面在交叉区域。现在可以对零件进行重新加工，从而保证了零件间良好的接口。在remesh之后可以拆分部件，这将在接口表面创建具有匹配节点的部件。

有三种可能性，允许产生一个非流形组装。

1. mimics:
Mimics Medical 可以将蒙版转换为3D非流形部件。当每个部件都有蒙版可用时使用此方法。

2. 3-matic(Intersection-based):
3-matic Medical可以基于布尔运算生成非流形部分。当不是所有的部件都有蒙版可用时，当各部分相互交叉时，使用此方法。

3.3-matic(Grid-based):

3-matic Medical 可以通过将部件转换为指定的网格来生成类似于Mimics Medical的非流形。当不是所有的部件都有可用的图像和部件没有适当的交叉时，使用这种方法。

警告：不要使用 Fix > Fix Wizard 自动修复非流形部件，否则向导将尝试修复典型的非流形组装的特性。但该工具仍然可以用于诊断。

在下面练习中，您将学习如何使用Mimics Medical进行组装。所有感兴趣的部件都有一个分段蒙版，没有必要添加一个CAD部件，所以与Mimics医学组装将是最好的方法。

一、在Mimics Medical中生成非流形组件

1.在mimics中打开项目”Spine.mcs '文件。

2.转到 project management（项目管理）选项卡下的 Masks（蒙版）选项卡，按以下顺序单击L4 > L3 > Disc_L3_L4，在列表中标记程序集。顺序很重要，第一个选择的蒙版将从后面选择的蒙版中减去。

3.进入FEA/CFD菜单，点击 Calculate Non-manifold（计算非流形）。

4.使用如下图所示的参数，并单击 Calculate。

当使用立方体样矩阵时，得到的网格的质量更好，然而，这会影响得到的网格的精度。

5.通过选择组件并按 Ctrl+C 将生成的 脊柱组件 复制到剪贴板。打开3-matic， Ctrl+V 粘贴部件。

二、减少细节，减少表面单元

1.在3-matic Medical中出现组件后，按 [Shift + F3] 将组件上的三角剖分可视化。

2.

减少脊柱的细节量。在“Fix”菜单中选择“Smooth”或使用快捷键[Alt+S]，选择“Assembly”作为 Entity（实体），使用0.7作为 Smooth factor（光滑因子），勾选 Perform post processing（执行后处理）选项，然后点击 “Apply”。

3.

在快速检查属性和网格质量后，质量似乎足够了，我们只需要减少三角形的数量。使用Inspect Part （检查部件），您可以确定当前的边长和三角形的当前质量:平均边长1mm和质量超过0.5的 skewness（斜度）。

4.

要在保持质量的同时减少程序集的三角形，请访问 Remesh 菜单并选择Quality Preserving Reduce Triangles（保持质量减少三角形）。使用如下图所示的参数并单击Apply。

5.可选:依次使用

Smooth（平滑）、Adaptive Remesh （自适应网格）操作，进一步优化椎体网片质量。使用如下图所示的平滑和自适应Remesh参数，然后单击Apply。

在使用 Uniform Remesh（统一划分网格）工具时，平滑的曲线操作有助于改善界面的轮廓。选择 Curve > Smooth Curve（曲线>光滑曲线），选择不好的轮廓，然后点击应用。

三、创建体网格

为了在模型内部引入微小的元素增长，可以使用局部体积网格参数，并只定义表面周围 2毫米的边缘长度。

1.

进入 Remesh > Create Volume Mesh，选择 Assembly 作为实体。选择装配体的表面作为局部体积网格参数实体。如下所示设置参数，单击Add，然后按Apply。

2.使用 Standard section – Y（标准截面- Y）来修剪体积网格。

四、赋材料

1.在3-matic中，选择并复制(Ctrl+C) “Vertebra”（椎体）的体网格。回到Mimics Medical，打开原始项目的地方，按 Ctrl+V 粘贴体网格。

2.重命名子卷以避免混淆，逐个隐藏子卷以确定顺序。

3.

使用 Assign Material（指定材质）工具在子卷上指定材质属性。对椎骨采用 gray value based（基于灰度值）的方法，表达式如下:

ρ = 47 + 1.122* HU [kg/m3]

E = 0.02 *ρ^1.75 [MPa]

V = 0.3

对于中间盘使用 homogenous（均匀材料）分配。您不必等待计算直方图，因为它只有一个值。

ρ = 1000 [kg/m3]

E = 4.2 [MPa]

V = 0.45

4.打开clipping（层切）开关，检查零件内部。

5.最后，您可以导出具有材质属性的网格到求解有限元程序中。执行 File > Export 。

译者补充：

对居于经验公式材料赋值而言，经验公式可能有两种不同的单位制，分别为：居于阈值（HU）和居于灰度值（GV）;阈值与灰度值单位转换在 Preferences Setup 工具栏中设置，如下图：

未完待续

。。。

。

注：本文档翻译自3-matic官方英文教程，仅用于交流学习使用，翻译仅供参考。

翻译：自信速VX