Построение негомогенной конечно-элементной модели по данным компьютерной томографии

Целью исследования является создание методики построения расчетной конечно-элементной модели по данным томографии. Для оценки модели проводились расчеты бедренной кости. Актуальность данного исследования продиктована необходимостью считывать в расчетах распределение механических свойств костного органа по объему, что позволяет индивидуализировать подход к моделированию. Численные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов в пакете Ansys , обработка данных компьютерной томографии проводилась в пакете Avizo . В работе рассматривалась задача линейного негомогенного упругого тела. Для определения модуля Юнга и предельного напряжения использовались степенные функции от оптической плотности, в свою очередь оптическая плотность определялась по линейным соотношениям в зависимости от чисел Хаунсфилда. Для конечно-элементной дискретизации производилось распределение механических свойств материала по каждому элементу согласно данным томографии. После решения задачи напряженно-деформированного состояния в каждом узле определялся коэффициент запаса с учетом свойств материала по данным томографии. В работе для рассматриваемого образца были проведены расчеты трех модельных задач в приведенной постановке и для осредненных значений механических параметров. Численные результаты в данных задачах наглядно иллюстрируют значимые различия в результатах напряженно-деформированного состояния органа и позволяют судить о локальной прочности костной ткани.