增材成型技术辅助种植体植入导板制作的应用实例

图1-5所示为平面钢板模型，板厚0.01m，左端固定，右端作用50kPa的均布载荷，试对其进行静力分析。钢板的弹性模量为210GPa，泊松比为0.25。

这里以ANSYS软件作为有限元分析工具，介绍上述问题的详细分析操作步骤。

（1）启动ANSYS 双击ANSYS图标，进入ANSYS界面。

（2）定义工作文件名 进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，选择Utility Menu＞File＞Change Job-name，弹出“Change Jobname”对话框，输入“gangban”作为工作文件名，单击“OK”按钮。

（3）定义分析标题 选择Utility Menu＞File＞Change Title，在弹出的对话框中输入“LX_01”作为分析标题，单击“OK”按钮。

（4）重新显示 选择Utility Menu＞Plot＞Replot，单击确定按钮后，所命名的分析标题和工作文件名会出现在ANSYS中。

（5）选择分析类型 在弹出的对话框中，选择分析类型。由于此例属于结构分析，选择Main Menu＞Preferences，选中“Structural”复选框，单击“OK”按钮，如图1-6所示。

图1-5 平面钢板模型

图1-6 分析选项选择

（6）定义单元类型 选择Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete。单击弹出对话框中的“Add”按钮，弹出单元类型选择对话框，在左侧的列表框中选择“Solid”选项，在右侧列表框中选择“Brick 8node 45”选项，单击“OK”按钮，。如图1-7所示。

图1-7 单元类型选择

（7）定义力学参数 选择Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Model，在弹出的对话框中右边一栏依次双击“structures”“Linear”“Elastic”“Isotropic”选项，弹出定义材料属性对话框，在“EX”文本框中输入“210e9”（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入“0.25”（泊松比）。单击“OK”按钮，关闭定义材料属性对话框，如图1-8所示。

图1-8 定义材料属性

（8）定义关键点 选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoint＞In active CS，弹出创建点对话框，在“NPT”文本框中输入关键点编号“1”，在“X，Y，Z”文本框中依次输入“0”“-0.15”“0”，单击“Apply”按钮，如图1-9所示。

图1-9 定义关键点

再分别输入关键点2（0.25，-0.15，0），关键点3（0.5，-0.05，0），关键点4（0.75，-0.05，0），关键点5（0.75，0.05，0），关键点6（0.5，0.05，0），关键点7（0.25，0.15，0），关键点8（0，0.15，0）。关键点的创建结果如图1-10所示。

（9）建立直线 选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Straight Lines，在关键点1和2，2和3，3和4，4和5，5和6，6和7，7和8，8和1之间建立直线。生成结果如图1-11所示。

图1-10 关键点的创建结果

图1-11 直线的创建

（10）建立平面 选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitraty＞By Lines。执行该命令后，弹出一拾取对话框，分别拾取生成的八条直线，单击“OK”按钮，生成一个平面，如图1-12所示。

（11）显示工作平面 选择Utility＞WorkPlane＞Display Working Plane，工作平面坐标显示在绘图区域中。

（12）移动工作平面 选择Utility＞WorkPlane＞Offset WP by Increments，弹出“Offset WP”对话框，在“X，Y，Z Offsets”文本框中依次输入“0.25”“0”“0”，单击“OK”按钮。工作平面坐标移动到（0.25，0，0）的位置。

（13）创建圆 选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Circle＞Solid Circle，弹出创建圆的对话框，在“WP X”文本框中输入“0”，在“WP Y”文本框中输入“0”，在“Radius”文本框中输入“0.025”，单击“OK”按钮，如图1-13所示。

（14）布尔操作 选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Subtract＞Areas，执行该命令后，在图形区域用目标选中平板基体，单击“OK”按钮，然后选择绘制的实体圆，单击“OK”按钮，得到的图形如图1-14所示。

图1-12 平面的创建

(www.xing528.com)

图1-13 圆的创建

图1-14 平面模型的创建

（15）拉伸板厚 选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Normal，选择图形，点击“OK”按钮，在“Length of extrusion”文本框中输入“0.01”，单击“OK”按钮，如图1-15所示。

（16）划分网格 选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Meshing Tool，执行该命令后，在弹出的对话框中单击“Global”后面的“Set”按钮，弹出“Global Element Si-zes”对话框，在“Element edge length”文本框中输入“0.01”（图1-16），单击“OK”按钮，回到“Mesh Tool”对话框中，然后单击“Mesh”按钮，弹出一个拾取对话框，单击“Pick All”按钮。

图1-15 平面模型拉伸板厚

（17）施加载荷 选择Main Menu＞Solution＞Define loads＞Apply＞Structural＞Displace-ment＞On Areas，弹出一个选取对话框。在绘图区域选取最左端的面，单击“OK”按钮，在弹出对话框的“DOFs to be constrained”列表框中选择“All DOF”选项，限制所有的自由度，在“VALUE”文本框中输入“0”，单击“OK”按钮，如图1-17所示。

选择Main Menu＞Solution＞Define loads＞Apply＞Structural＞Pressure＞On Areas，弹出一个选取对话框，在图形上选取最右端的直线，单击“OK”按钮，弹出“Apply PRES on are-as”对话框，如图1-18所示，在“Load PRES Value”文本框中输入“-50000”，单击“OK”按钮，加载后的有限元模型如图1-19所示。

（18）求解运算 选择Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS，在弹出的对话框中单击“OK”按钮，ANSYS程序开始进行计算。当计算完成后，系统弹出一条信息框，提示求解已经完成。单击“Close”按钮，关闭该窗口。

（19）显示钢板变形图 选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Deformed Shape，在弹出的窗口中选择“Def+undeformed”选项，单击“OK”按钮。加载变形后的效果图和未加裁前的效果图显示在绘图区域，如图1-20所示。

（20）显示应力云图 选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu，弹出“Contour Nodal Solution Data”对话框，如图1-21所示，在“Stress”选项中选择“von Mises stress”，单击“OK”按钮。

钢板应力图生成结果如图1-22所示。通过该图可查看各个方向的应变、应力及三个主应力。

图1-16 网格划分

图1-17 约束的设置

图1-18 压力的施加

图1-19 加载后的有限元模型

图1-20 钢板变形图

图1-21 钢板Von Misses应力显示操作

图1-22 钢板应力图

查看钢板X方向最大应力点，如图1-23所示。

图1-23 钢板X向应力图

（21）存盘 选择ANSYS Toolbar＞SAVE_DB，退出ANSYS。

这样，通过ANSYS就完成了一个完整的有限元静力学分析过程。