Simpleware U-2022.12新版发布

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Simpleware 三维图像处理和模型生成的专业平台于近日发布了 U-2022.12 新版,包含许多新增功能和改进,包括Simpleware AS Ortho / CMF模块中的颅颌面(CMF)CT工具,智能Paint工具,3D打印连接件的自动配置选项和其他材料分析功能。 U-2022.12版本的新增功能 AS Ortho / CMF模块中颅颌面CT的自动分割 针对颅颌面区域解剖结构的全自动AI分割可由CT图像分割出:颅骨、下颌骨、牙齿、颈椎、气道、耳道、颅腔、眼睛和视神经眼眶内薄骨区域的自动填充自动识别骨性结构上的解剖标志自动检测感兴趣区域,加速处理进程 3D打印:连接件的自动配置 新增在两个相邻部件之间自动放置连接件的选项算法的选择取决于结构和所需的连接件采用交互式小部件轻松微调大小和重新定位 智能Paint工具加速分割掩膜的填充 利用智能检测算法加强Paint工具辅助涂画操作使用圆柱形的刷子可以在当前切片及其相邻切片进行涂画 Simpleware ScanIP: 孔隙和颗粒分析 材料分析的对象扩展至纤维、孔隙和颗粒包含生成、可视化和导出统计数据的完整工作流程可以选择分析开放或封闭的孔隙,以及接触或孤立的颗粒 其他改进 Simpleware ScanIP 新增3D视图“Slices intersection position”小部件提高中心线可视化的交互性创建面模型时保留掩膜的颜色3D打印工具包:布尔运算的速度至少提高2倍,甚至高达64倍 Simpleware CAD 增强面的原始创建 Simpleware FE 支持模型内对象的单独网格划分(专家选项) 新版本的优点总结 Simpleware AS Ortho / CMF模块可对颅颌面CT扫描进行自动分割减少因3D打印所需放置连接件的工作量利用“Smart Paint”工具提升手动微调掩膜效率精简的材料分析使您更容易获得所需数据统计3D打印工具包中用于裁剪和分割的高效布尔运算 参考 更多信息请参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/news-and-events/simpleware-u-2022-12.html

优化大型强子对撞机的线圈设计

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大型强子对撞机(LHC)High Luminosity(HiLumi)的升级以及其他额外的升级依赖于超导 11T 偶极磁体增大束流亮度,从而扩大物理实验的数据样本。新的偶极磁体由Nb3Sn超导元件制成,在制造阶段经过非常特殊和必要的热处理后变得非常脆。 在 LHC 加速器最终装配和运行期间,微观超导元件(直径约 40 µm)对施加给磁体的应力和应变会非常敏感。理解和调控源于宏观尺度到微观尺度的应力和应变,以及它们导致超导元件的永久性退化对磁体的性能极其重要。 图:LHC隧道(来源:CERN) 基于三维图像建模的 Simpleware 软件在欧洲核子研究中心(CERN)的 HiLumi 项目中,采用先进的材料模型表征代表性的线圈结构,从而预测不同尺度下的性能。这项研究通过考虑真实线圈几何结构的全局应力,在股线和细丝水平上进行逼真的模拟。 图:线圈107的高清光学(像素数:11640 × 6264)图像以及为网格划分和有限元分析将图像分割为不同的部分(来源:CERN) Simpleware 软件为处理三维图像数据提供了一个快速、直观的环境。在这个案例中,首先通过 X 射线 CT 扫描创建铝制部件(包含缺陷)的一组图像。ELEMCA 实验室使用 Simpleware ScanIP 分割组件和处理数据,捕获用于仿真的重要元素。 图:从完整的107线圈几何结构提取子模型,其SEM图像中分割出具有外载荷股线的应力分布。1:纤维/云母/树脂,2:股芯(退火铜),3:不锈钢芯,4:纯树脂,5:股线基体(退火铜),6:超导细丝,7:超导细丝(假设为退火铜)。环形区域显示在细丝之间呈现为高应力区域(来源:CERN) CERN 通过实验测试从线圈材料中获得应力-应变测量值。然而,他们发现有必要增加有限元(FE)模型的细节来进行模拟,以便更好地了解基于材料特性的行为。Simpleware 软件通过分割线圈截面的高清光学图像及同一线圈截面中微观超导细丝的扫描电子显微镜(SEM)图像能够解决这个问题。该方法可以在保留原始原型特征的情况下表征线圈复杂的内部几何结构。 CERN 在 ANSYS 中采用 Simpleware 创建的网格模型对线圈绞线和电缆的复丝进行真实的应力分析。Simpleware生成的精细网格使 CERN 能够提高测量应力的精确性,从而实现更准确和更有价值的模拟。本项目的结果正被用于改善 CERN 大型强子对撞机的线圈特性和长期性能。 CERN 的 Michael Daly 评价 Simpleware 软件对当前研究的重要性: Simpleware ScanIP 软件使我们能够利用光学和扫描电子显微镜的二维图像在多个尺度上分析 11T 偶极线圈的复杂性。偶极线圈的超导电缆内部存在固有变形,使用 CAD […]

美敦力:利用数字孪生研究房室传导阻滞

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数字孪生作为再现复杂解剖结构和模拟研究身体与医疗器械之间关系的技术资源,其重要性与日俱增。在医疗行业应用的关键优势之一是能够通过虚拟测试收集数据以补充临床试验,并为制造商增加监管证据。美敦力公司在这方面已经取得一些进展,近期Kevin Sack博士发表的工作成果中使用Simpleware软件创建了一个数字孪生,由经验证的机电全心脏模型研究房室(AV)传导阻滞。 图:示意图展示了机电四腔心脏与由顺应性和阻力项组成集总循环系统之间的连接 创建数字孪生 美敦力构建并验证了一个针对特定受试者的四腔猪心脏模型,从体内数据中研究机电耦合现象。完整工作流程的简要总结为: 对已消融房室结和安装有Micra AV™ 起搏器的家养猪进行CT扫描,将图像数据导入Simpleware中做分割处理,识别出心房并在舒张末期创建心室,然后生成用于仿真的网格。该网格模型的构建是为了研究机电耦合性能,包括用实验记录的LV压力-容积环进行机械校准,通过比较从体内CT扫描创建电子模型的左、右心室表面进行验证。将验证的模型函数与同一受试者的房室传导阻滞仿真进行对比。 从这项研究中,美敦力能够证明除了传导中断,房室传导阻滞还会引起心搏脱漏后舒张期整个心脏应力和应变的增大。更普遍地说,该项目验证了四腔跳动心脏模型的机电功能,用以研究病理功能障碍,并收获了关于心脏的宝贵知识。 深远影响 随着数字孪生成为医疗器械制造商和临床专业人员更加倾向使用的研究工具,美敦力这项研究取得的成果展示出数字孪生在加速新疗法和理解性能方面的巨大潜力。此外,计算模型提供的灵活性意味着可以获得有用的数据,这些数据可能从患者那里收集会非常困难或有风险。 我们也很期待把数字孪生作为计算工作流程的一部分之后还将如何发展。Simpleware软件非常适合为这些应用提供快速准确的图像数据分割服务,尤其是最近推出的人工智能工具可以极大加速处理扫描数据时的常见工作流程。 图:一个完整周期内正常(中图)和房室传导阻滞(上图)机电耦合全心脏模型中的触发激活。左心室压力值对应不同时间(a-f)的标记位置(下图)。 参考 致谢和更多信息请参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/news-and-events/digital-twins-medtronic.htmlSack K L, Blauer J J, Campbell M P, et al. Creating a Digital Twin to Investigate AV Block: In-sights From a Validated Electromechanical Full-Heart Model[C]//2020 Computing in Cardiology. IEEE, 2020: 1-4.

Simpleware ScanIP中的纤维取向分析

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复合材料中纤维的分布和取向对其力学或热学性质有很大的影响,因此对组件的性能也有重大贡献。准确的纤维分析是验证设计的关键,但在一个相对较大的零件中,当纤维排列密集且直径是微米尺度时就非常具有挑战性了。仿真可以通过预测注塑或铸造过程中的流动模式,由此获取可能的纤维取向。然而这些方法并不完美,无法解释零件之间的差异。对于完全工程化的组件,仍然必须要对工艺和制造的零件进行验证。 Simpleware ScanIP 中的纤维取向分析工具可以帮助您从制造零件的 micro-CT 图像中获得取向信息,并应用在多种方法中以了解组件真实的性能和寿命。 Simpleware 纤维取向分析的优势 直接从图像数据进行快速的纤维取向分析,不需要图像分割表征纤维,了解密度和取向可视化的向量和图表方便理解并与同事分享信息导出详细的取向信息,用以改进有限元模拟中的材料属性表征 案例:纤维增强塑料(FRP)零件 我们以由纤维增强塑料(FRP)制成的电机安装支架为例。这种轻质复合材料是短切纤维束嵌入聚合物中形成的,具有高抗压和抗拉强度。这种材料有广泛的应用,包括: 航空航天组件——支架、机翼结构、襟翼等汽车——保险杠、支架、踏板等体育器材——滑雪板、自行车、桨等 与传统的金属组件相比,FRP 提供了更高的强度、弹性、耐热性以及更轻的重量。 micro-CT 扫描可用于检测 FRP 支架中的纤维。对于特定的分辨率,会有一个能够扫描组件的最大尺寸限制。因此,通常需要扫描组件的几个不同部分。可以将这些部分结合构成整个组件高度详细的 micro-CT 扫描,或者它们也可以是零件内不同的感兴趣区域(ROI)。 micro-CT 扫描可以详尽地显示整个零件的纤维,从而进行最佳的纤维密度和取向计算。然而考虑到零件的尺寸、时间和硬件资源等限制可能不满足这样做的条件。因此,扫描不同的 ROI 是一种可行的替代解决方案。基于单个区域的纤维取向信息,采用均质材料属性运行初始结构分析,然后从潜在高应力集中区域中选择出这些 ROI。获取不同 ROI 的扫描数据后进行纤维取向分析,然后将这些关键区域的取向信息添加到仿真模型中。用到的区域越多,局部材料属性的描述越准确,通过仿真获得FRP支架真实性能的表征就越好。 图:Simpleware ScanIP中纤维增强塑料(FRP)零件的纤维取向分析 怎样使用 Simpleware 的纤维取向分析 micro-CT 扫描投影被重建为一系列的 2D 图像切片,将其导入 Simpleware ScanIP。您可以采用 3D 背景体积渲染来可视化零件内纤维的分布和结构。如果使用不同的 ROI,也可以在 Simpleware ScanIP 中将它们配准到更大的 CAD 模型或更低分辨率的零件几何结构CT扫描。 纤维取向分析模型是利用图像数据创建的,不需要分割,只需指定纤维的尺寸(横截面)即可。通过快速的距离测量判定,然后根据图像分辨率和您的需求选择合适的取样大小(以体素为单位)。至此,运行分析前的准备就已经完成了。 虽然不需要,但您也可以进行图像分割,再将获得的能够代表纤维的掩膜添加到分析中。这种情况只考虑掩膜区域(在某些案例中处理速度会更快)的集中分析。建议在纤维填充率低、图像中包含几个相或成像有伪影的时候采用这种方法。 展示结果 分析完成后,您可以通过 Statistics 工具或 Vectors 工具展示结果。统计工具可以显示“全局”或“感兴趣区域”的取向结果,包括: 主要取向,可用于均质化模型特征分析全局取向张量其他 […]

基于3D图像和仿真应对电池设计挑战

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锂离子和其他类型的电池对许多应用都至关重要,制造商需要创新采用更轻、更持久、更安全的能源技术满足消费者的需求。电池的改进有助于推动从智能手机到电动汽车的未来技术,Simpleware 软件可以帮助研究人员通过三维图像建模、工业CT和其他类型的数据应对这些挑战。 图:AAA电池的Micro-CT扫描 基于3D图像和仿真优化电池性能 利用micro-CT和FIB-SEM等3D成像技术扫描电池,获得其独特的结构。根据这些数据,可以在微纳尺度分析离子分布、不同材料间的相互作用和孔隙率等特性,研究电池性能并识别缺陷,从而改进设计决策。 Simpleware提供的软件环境能够可视化、处理、分析电池图像数据,导出可用于模拟的有限元网格和3D打印文件。该软件可为用户提供许多关键优势: 创建复杂材料几何结构的详细模型,探索对性能的影响;通过计算模拟测试的途径作为补充,潜在地减少对昂贵实验测试的依赖;用户界面友好,可生成直接用于仿真的严密网格;依据工作流程的自定义设置和脚本选项。 Simpleware软件在电池建模中的一些常见应用包括: 电池内部结构的可视化图像的统计分析,如孔隙率创建用于仿真的高质量FE / CFD网格通过设计件与制造件的偏差分析识别缺陷有效材料性质(刚度、渗透率等)的计算 案例:AAA电池 图:Simpleware软件中AAA电池数据的分割 通过查看从标准现成的AAA电池中提取的信息,我们可以了解到Simpleware软件如何帮助处理电池的3D图像数据,本例为在Simpleware软件中处理由Micro Photonics提供AAA电池的micro-CT数据。使用不同技术获得的各种信息,如: 导入和可视化未经处理的2D和3D图像数据,通过将灰度信息映射为彩色和不透明度进行3D渲染,使用聚焦对比度突出感兴趣的特征。自动和手动的分割方式识别特征,包括阈值、Flood Fill、区域生长和Otsu操作,使用形态学、平滑和局部校正滤波器提升分割质量。采用Simpleware的局部校正滤波器处理大规模数据集,如电池这样的数据。先大幅缩减取样的扫描进行粗略分割,然后再转换为对全分辨率扫描应用滤波器。这样可以进行快速的初始处理,同时通过考虑灰度变化以减少射束硬化伪影的影响。获取测量数据,包括点/距离/角度、体积统计和中心线分析,以及面向对象的边界框、壁厚分析、原始形状自动拟合等高级测量选项。 图:在Simpleware软件中对AAA电池数据进行的一些测量和统计 在Simpleware软件中处理电池数据时,更重要的功能之一是用于质量控制的数据集配准和表面对比。任何类型的数据都可以使用手动标注和自动的方法进行对齐和比较,比如图像对图像、CAD对图像、CAD对CAD。 图:Simpleware软件中的数据集配准:扫描分割出的电池集电器与理想集电器CAD模型的对比(左);配准表面的偏差分析(右) 该项技术能够可视化表面偏差、统计信息和原始数据,从而研究电池的CAD设计与传统制造或增材制造版本的不同,以及将如何影响性能。 视频:Simpleware软件中AAA电池的可视化与分割 用户成功案例 其他Simpleware软件应用于电池建模的一些案例,包括滑铁卢大学、阿克伦大学、卡耐基梅隆大学、印第安纳大学和普渡大学的研究,如锂离子电池异质微观结构的分析。这项应用研究了锂离子电池LiFePo4电极的微观结构,由nano-CT重建模型,导出到COMSOL Multiphysics模拟不同放电速率下的阴极性能。通过这项工作,研究人员可以更好地了解锂离子在电池电极真实微观结构中的空间分布如何影响性能。 视频:在Simpleware ScanIP中由nano-CT数据重建锂离子电池 关于使用Simpleware软件的其他项目,如帝国理工学院和伦敦大学学院开展固体氧化物燃料电池寿命与降解方面的工作,研究电池在纳米和微观尺度上与热、电化学和应力因素的关系。Simpleware软件为处理图像数据和导出用于仿真的网格模型提供解决方案,使研究人员能够探索不同尺度下燃料电池的寿命和降解,表征不同阶段主应力和界面。 参与该项目的Farid Tariq博士描述了Simpleware Software如何“成为工作流程的一部分,提供了可能难以通过实验测量获得一些结果的见解,这些可能就是性能退化的来源及微结构优化的目标区域”。 图:固体氧化物燃料电池的三维重建:绿色的孔隙和透明的陶瓷 鉴于采用成像捕获电池具体细节这项技术的潜力以及运算能力的增长有助于实现更真实的模拟,这些工作流程对电池行业只会越来越重要。 参考 致谢和更多信息参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/news-and-events/battery-modeling-solutions.html

Simpleware自动化解决方案助力药物递送的微结构透皮系统研发【应用领域新闻】

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Kindeva 与 Synopsys 开展合作 2022 年 6 月 Kindeva 药物递送公司(简称Kindeva)宣布与 Synopsys 公司合作,利用 Simpleware 软件的自动化解决方案,协助创建一个能够准确测量 Kindeva 微结构透皮系统(MTS)阵列的最先进系统。 此次合作将利用Simpleware图像处理和基于机器学习的人工智能(AI)技术,实现快速准确测量Kindeva的MTS阵列。借助于这个定制化的软件,Kindeva 将能够采用更有效的方式分析计算机断层扫描(CT)图像。之前通过传统方式测量Kindeva阵列微针和涂层几何属性是一个耗时且技术上非常复杂的过程。 Kindeva是一家全球性的合同定制研发生产机构(CDMO),微针平台开发领域的国际领先者。Kindeva 已将微针递送系统带入第III阶段开发状态,并持续改进制造工艺,以达到客户和患者所需的质量和效率。 “通过使用 Simpleware 软件,Kindeva 将能够在几分钟内完成以前需要几天才能完成的工作,它的能力确实令人惊讶。以往我们必须手动测量阵列的各组数据,甚至要依靠统计计算获取每个阵列的整体测量值。现在我们可以通过测量获得所有的数据,不再需要统计概率计算,大大提高了质量和整体速度。”Kindeva研发副总裁 Raj Khankari 评价道。 Synopsys 的工程副总裁 Terry Ma 说“在由 AI 技术支持的 Simpleware 定制化模块帮助下,Kindeva 基于 CT的自动化检测工作流程可以有效地扩大规模。我们的解决方案将确保提供一致的高质量、高准确性和可重复性,减少在手动重复性任务上的耗时,并加快新入职工程师的培训过程。我们非常期待与 Kindeva 之后的合作,进一步深化伙伴关系,为客户带来更高的价值。” 关于 Kindeva 药物递送公司 Kindeva 药物递送公司总部位于美国明尼苏达州,全球拥有约 1000 名员工。在明尼苏达州伍德伯里、加利福尼亚州北岭以及英国拉夫堡和克利瑟罗都设有重要的研发和生产基地。Kindeva 为客户提供从配方、产品研发到商业生产完整过程中的独有技术和优质服务。Kindeva 专注于复杂的药物项目,其目前的产品涵盖吸入、透皮、微针透皮系统和连接药物递送。 参考 原文与更多信息请参考:https://www.kindevadd.com/news/kindeva-drug-delivery-announces-collaboration-with-synopsys/

通过新颖的颅外皮层刺激技术进行微创神经调节【Simpleware应用】

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概述 颅外皮层刺激(ECS)是一种新型神经调节技术,优点是以微创的方式向大脑传递强电场。为了展示它的潜力,计算模型在评估软组织内电场的研究中不可或缺。鲁汶大学的研究人员使用Simpleware软件创建了一个植入ECS电极的真实人体头部模型,并生成四面体网格模型,然后将其导出至仿真软件(COMSOL Multiphysics)进行模拟。Simpleware软件的一个重要特点是能够在感兴趣区域(ROI)生成致密的高质量网格,从而以低成本高效益的方式产生准确的结果。该项目成果已发表在《神经科学前沿》。 亮点 颅外皮层刺激被认为能够在大脑中引发强电场在Simpleware ScanIP中创建植入ECS电极的真实人体头部模型在Simpleware FE中对ROI生成高密度的四面体网格将网格模型导出至COMSOL Multiphysics仿真结果表明ECS可以向大脑传递强电场 介绍 皮层刺激技术已被证明可以有效治疗不同病理和精神疾病,包括侵入式和非侵入式的方法。就前者而言,直接皮层电刺激(DCS)需要通过开颅手术将电极直接放置在大脑上。DCS能够产生强烈的神经调节作用,但患者面临着较高的风险。相比之下,经颅电刺激(tES)是一种非侵入式的神经调节技术,附着在头皮上的电极之间传递较弱的电流更为安全。 鲁汶大学的研究人员开发了一种新颖的微创神经调节技术 – – 颅外皮层刺激(ECS),通过将刺激电极直接放置在皮下颅骨上,进而提高治疗效果。该项目研究了ECS向大脑传递强电场的潜力,使用计算模型评估ECS期间感应皮层电场,并与tES和DCS进行比较。为此,他们使用Simpleware软件生成包含所需电极的高质量人体头部模型,然后导出至COMSOL Multiphysics模拟电场分布。 人体头部建模 为了生成人体头部模型,将详细模型MIDA(Iacono et al., 2015)导入Simpleware ScanIP。该模型由115个面网格组成,代表着从头部扫描中分割出的不同组织。使用Simpleware CAD模块将面网格转换为基于图像的掩膜,然后合并形成感兴趣的5个主要掩膜:皮肤、颅骨、脑脊液、灰质、白质,以及空气。这些掩膜显示导入的表面之间有一些跟实际情况不一致的现象,比如间隙,即两个相邻代表组织的掩膜之间出现了空的体素。这些缺陷是不真实的,还可能会影响网格的生成。利用Simpleware ScanIP中的图像处理工具可以填充孔洞,修正这种情况。 图:人体头部模型矢状位视图(在Simpleware ScanIP中获取)的截图清晰地展示了不同颜色区分的分割组织:皮肤(橙色)、颅骨(淡黄色)、脑脊液(蓝色)、灰质(深灰色)、白质(浅灰色)和空气(黑色)。 电极建模 所述ECS电极由中心圆盘、环形电极以及防止电流通过皮肤的绝缘背层组成。首先通过使用Simpleware 3D编辑工具扩张皮肤掩膜的副本创建电极层,然后应用布尔运算工具保持掩膜部分与皮肤相交。 生成电极层后,在此基础上创建一个具有特定半径、方向和位置的圆柱形掩膜,将它与电极层交叉的部分定义为中心圆盘。同样地,环形电极是通过两个半径分别为环形内缘和外缘的圆盘电极相减获得。为了模拟绝缘背层,同样采用了类似生成电极的方法,确保各层覆盖到了所有电极以防止与皮肤直接接触。 图:植入电极后的人体头部模型。左:矢状位视图(在Simpleware ScanIP中获取),中心圆盘和环形电极呈红色,绝缘层呈绿色。右图:Simpleware ScanIP中3D视图的截图,对皮肤和绝缘层设置了较高的透明度,可以更好地展示颅骨上的电极。 生成四面体网格 在创建了人体头部和电极的模型后,在Simpleware FE模块中生成四面体网格。为了得到更精确的模拟结果,在电极周围区域增加了四面体网格的单元数量。这是一个非常有用的功能,在保持合理网格数量和模拟时间的同时,提高了模型结果的准确性。 图:在Simpleware FE中生成的人体头部多部分体积网格模型,包括:白质、灰质、脊髓液、颅骨、电极组件、软组织和空气。 模拟和结果 将四面体网格模型导入COMSOL Multiphysics,设置边界条件,通过求解Laplace方程计算电场。结果表明,ECS期间产生的电场是tES产生电场的20倍以上,感应皮层电场的强度和焦距取决于电极尺寸和中心电极与环形电极之间的距离。 图:同样施加1 mA电流时,COMSOL仿真结果显示ECS(左)和tES(右)期间的电场分布(请注意刻度的范围)。从图中可以看出,与tES相比,ECS期间的电场强度更强、更集中。 结论 颅外皮层刺激(ECS)是一种新型的微创神经调控技术,能够产生较强的皮层电场,已由Simpleware软件和COMSOL Multiphysics生成的计算模型证实。该技术可应用于刺激不同的皮层区域,治疗多种神经和心理疾病。研究结果表明,电极的配置会影响大脑中的电场强度和聚焦。为了避免不必要的副作用并实现最佳治疗效果,未来的计算研究应侧重于优化电极设计,达到只针对特定皮层区域而不刺激其他部位的目的。 参考 致谢和更多信息请参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/epicranial-cortical-stimulation.htmlKhatoun, A., Asamoah, B., Mc Laughlin, M., 2018. Investigating the Feasibility of […]

结合增材制造、模拟、CT检测和试验优化设计TPMS换热器

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概述 六家行业领导者(nTopology、Ansys、EOS、Stress Engineering Services、North Star Imaging 和Synopsys)接受高难度挑战,利用各自公司的先进技术,开发了一套创新设计换热器的解决方案。 该项目旨在提升换热器能效和系统性能的同时,使用更少材料,占用更小空间。并将设计、模拟、CT 检测、试验结合起来,有利于对这款新颖的高成本产品进行质量控制。最终的模型设计实现了减少零件、降低压降、增加传热的预期。 亮点 为改善体积受限应用中的性能而重新设计换热器首次尝试即可成功打印部件运用扫描、检测和模拟技术比较设计件和制造件的性能零破坏的完整 NDE 检测实物测试验证传热和强度分析 设计过程 大多数新型换热器的应用都受到空间限制,随着热量的增加要求更小的空间和更高效设计。然而,在常见的换热器设计中创新相对较少,一般是低效的管壳式几何结构。通过采用隐式几何结构,换热器复杂的曲面设计可以使其在性能方面有显著地提高。 该项目见证了 nTopology 和 Ansys 合作生成和模拟换热器的创新型设计。nTopology 使用隐式几何技术创建三周期极小曲面(TPMS),因其平滑的拓扑结构在流体动力学中对换热器非常有利。此外,TPMS设计隔离了两个区域(热和冷),并且具有较高的强度重量比,使它们成为轻量化的理想选择。 图:采用 TPMS 几何结构重新设计的换热器比传统设计要小得多,实现了零件从 40 个减少到只有一个,总重减少了 81 % 对于重新设计,nTopology 定义了一个填充 TPMS 几何结构的换热器,实现了将零件数量从 40 减少到只有一个,总重减少了 81%。创建多个不同的设计方案,在 Ansys 软件中测试。先使用 Ansys Discovery Live 在不同的设计迭代中进行实时的流体流动模拟,再用 Ansys Fluent CFD 仿真对比传统换热器设计和TPMS 换热器的性能。研究结果令人印象深刻,体积减少 85%,单位体积传热增长 11.7 倍,单位质量传热增加 9.4 倍。 图:紧凑型换热器设计的验证结果 Ansys 利用仿真工具从设计上优化构建过程,评估了如最佳取向、自定义的支撑结构设计和其他输入等因素,从而帮助降低对打印效果的风险,并最大限度地缩短构建时间。Ansys 软件中的工艺仿真也有助于预测变形、孔隙率和微观结构,以及所选 […]

预防性骶骨敷料的多层结构设计模拟【Simpleware应用】

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概述 骶骨是仰卧时发生压力性损伤(PIs)包括深部组织损伤的最敏感部位。预防性敷料通常设计用于减少摩擦、减轻内部组织剪切载荷、管理“微气候”,整体缓冲骶骨下软组织持续变形。 在本案例中,研究人员使用 Synopsys 公司的 Simpleware 软件基于 MRI 图像数据创建了臀部的三维有限元模型,用于研究仰卧或 45° 半坐卧在标准的医院泡沫床垫上时预防性骶骨敷料设计的生物力学性能。 亮点 通过模拟可以更好地了解医院的泡沫床垫对压力相关患者的损伤。Simpleware 软件快速准确的3D图像处理工作流程有助于缩短时间,增强对结果的信心,且可广泛应用于不同场景。持续性的研究可为选择和设计敷料以减少损伤的风险提供重要信息。 工作流 获取一名 28 岁女性受试者负重臀部的 76 张 T1 加权轴向 MRI 切片在Simpleware ScanIP 中进行图像数据分割和模型变形在Simpleware FE 中生成 3D 有限元模型,导出至 FEBio 的 PARDISO 求解器分析多层结构和持久的各向异性特性是对预防性敷料有利的重要特征 从 MRI 到三维图像处理 首先获取一名 28 岁健康女性受试者负重臀部的 76 张 T1 加权轴向 MRI 切片,使用 Simpleware ScanIP 分割出骨盆骨骼、股骨、骨骼肌和软组织。本研究应用相关的感兴趣区域(VOI)体积模型为 6.7×2×5.1 cm3 的立方体,包含骶骨和周围软组织。接下来,引入需要测试的3层预防性敷料,即聚氨酯泡沫层、无纺布纤维层和空气铺垫层,作为建模中的物理层。运用 Simpleware ScanIP 的三维编辑工具将模型化的敷料修整为典型的心形几何结构。 图:MRI切片和Simpleware […]

利用有限元分析优化个性化的上颌植入物设计【Simpleware应用】

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概述 Jajal Medical 公司使用 Simpleware 软件将患者的扫描数据(如CT、MRI)转换为适用于可视化和规划复杂手术的 3D STL 格式和有限元(FE)模型。数字化手术规划有助于降低手术期间意外并发症的风险、缩短手术室(OR)时间、节省资金以及改善临床结果和患者满意度,因此此类工作流程变得越来越有价值。 在这个案例中,患者被确诊为毛霉菌病,导致左上颌骨大面积缺损,Jajal Medical 需要为其优化个性化的上颌植入物设计。过程中运用到 Simpleware 和 Ansys 两款软件。 亮点 使用 Simpleware ScanIP 导入和可视化 CT 扫描,分割出骨骼使用 Ansys 软件进行骨骼/医疗器械间的交互模拟3D 打印患者特定骨骼模型和个性化植入物虚拟手术规划协助最终的手术和植入 3D可视化和分割 采用适当层厚的高分辨率 CT 扫描数据可视化上颌解剖结构及邻近区域。在 Simpleware ScanIP 软件中导入 CT 数据,执行分割并重建 3D 解剖模型,帮助外科医生更好地可视化和理解手术。 图:采用Simpleware软件分割颅骨CT数据 个性化植入物的设计 鉴于患者左侧上颌骨骼明显缺失,在 Geomagic Freeform 软件中以健康的右侧作为参考设计上颌植入物。然后将健康的右侧上颌骨镜像并与现有上颌重叠。这种方法有助于在缺损处重建上颌骨,确保对称性和美观。此外,在植入物的表面添加孔可以达到减重效果。考虑到牙齿康复,同时将标准基台的印模也合并到植入物中。 图:个性化上颌植入物的设计 有限元分析 最终位置确定后,将文件加载到 Ansys 软件中处理。Jajal 采用有限元方法解决涉及复杂几何形状的医疗结构问题,虚拟模拟实时加载条件、评估植入物应力和疲劳,继而帮助优化设计。对个性化的上颌植入物与上颌骨一起分析,研究植入物的设计安全性和性能表现。在 Ansys 中进行真实加载条件下的虚拟仿真,了解植入物设计上的应力情况。结果显示植入物上的 Von Mises 应力为 93.29 […]