Численное моделирование в биомеханике

Версия для печатиВерсия для печати

Численное моделирование в биомеханике проводится на основе моделей и численных методов решения поставленных систем дифференциальных уравнений. Модели создаются на основе количественных данных, полученных из экспериментов, и качественных особенностей изучаемого объекта. Модели могут описать механику движений различных частей тела, например, наклон и ротация позвоночных сегментов. При помощи моделирования можно проанализировать поведение протеза в организме человека после операции. Несомненным плюсом математического моделирования является возможность исключения экспериментов на живом человеке.

Математическое моделирование в настоящий момент динамично развивается, поскольку позволяет более эффективно исследовать биологическую систему, чем экспериментальное исследование. Таким образом, математическое моделирование включает в себя построение модели объекта, то есть написание системы дифференциальных уравнений, описывающей поведение объекта, задание граничных и начальных условий, необходимых для решения поставленной системы уравнений, программную реализацию задачи, численное решение  и визуализацию полученных результатов.

С помощью численных методов в биомеханике выполняется расчет поставленной задачи. По сути, численный метод позволяет свести поставленную задачу к выполнению конечного числа операций над числами. Наиболее распространены методы конечных элементов, конечных разностей, конечных объемов и дискретных элементов.

Во многих программных пакетах, таких как ANSYS, ABAQUS, COMSOL Multiphysics, LS-DYNA, MSC. Nastran, реализован метод конечных элементов. Так, например, ANSYS является универсальным программным пакетом, предназначенным для решения различных задач методом конечно-элементного анализа. Он имеет множество специализированных модулей. Модуль ANSYS/FLUENT применительно к биомеханике, позволяет выполнять расчет течения крови в сосудах, модуль ANSYS/CFX – решать задачи теплообмена, модуль ANSYS/Mechanical позволяет рассчитать напряжения и деформации объектов (например, опорно-двигательного аппарата).

Таким образом, конечно-элементные пакеты позволяют спрогнозировать поведение биологического объекта в зависимости от способов лечения, развития болезни и т.д.

Категория материала: 
Оцените материал: 
Average: 5 (1 vote)