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添加载荷和支撑
载荷和支撑的施加有两种不同的方法：
预先在图形窗口选择几何实体，然后从Context Toolbar选择荷载和支撑 选择荷载和支撑
或者，从 Context Toolbar中选择载荷和支撑，然后在图形窗口选择几何实体，最后在中
点击
中选择载荷和支撑，然后在图形窗口选择几何实体，最后在中
点击“Apply”。
施加荷载和支撑：
指定荷载类型之后，需要在 Details view 输入详细的数据。
– 注意， Outline Tree 下的相关载荷分支的图标将会变成完成状态。下的相关载荷分支的图标将会变成完成状态。
结构载荷的施加方向：
• 若选择“Components”, 键入 X, Y, 或 或 Z向载荷
大小
向载荷
大小
• 若选择“Vector”, 选择确定载荷方向的几何并输
入载荷幅值
选择确定载荷方向的几何并输
入载荷幅值
• 可以通过 “Tools > Options …
> Mechanical: Miscellaneous
> Load Orientation Type”改变默认选项 改变默认选项
– 可以选择使用总体坐标系或用户自定义坐标系
用户定义坐标系在后面讨论
几何可以用于控制载荷方向 ：
• 在 在 “Details” 窗口, 选择 “Define By: Vector”。。
• 可利用三种类型的几何：
– 垂直于面或沿着圆柱面的轴向
– 沿着直线或垂直于圆柱边
– 两点定义的矢量 方向
• 点击 “Direction” 并选择用于定义方向的几何体。
在图形窗口切换箭头的方向。
并选择用于定义方向的几何体。
在图形窗口切换箭头的方向。
• 结束时按 “Apply” 。。
• 输入载荷大小。
箭头按钮可以调整载荷的方向
鼠标右键用来选择几何实体或控制曲线生成。
在选择模式下鼠标中键提供了图形操作的捷径
– 点击 + 拖拉鼠标的中键= 动态旋转 动态旋转
– CTRL+ 鼠标的中键= 拖动 拖动
– Shift + 鼠标的中键= 动态缩放
– 滚动鼠标中键可以用来放大/缩小 缩小
– RMB + 拖拉= 框放大 框放大
– 点击一次鼠标右键，选择“Fit” ，实现全窗口显示
选择平面：
选择平面允许用户方便地选择在其他表面看不到的表面。
– 当用户选择面时，如果在指针下面隐藏更多的面，选择面板就会出现。选择面板的颜色与
它所代表的面的颜色相同，同时指针所指的方向按厚度排列
The Engineering Data的应用提供了对材料属性的全面控制。的应用提供了对材料属性的全面控制。
– Engineering data 是每项工程分析的必须部分。是每项工程分析的必须部分。
– Engineering data 可以单独打开 (作为分析项目的开始）
要打开独立的Enginneering Data,添加工具箱中的组件系统（拖/放或者双击），然后RMB>编辑或双击
Engineering Data的应用程序显示如下。
窗口交互显示层叠数据。
• 查看或修改材料属性的一般工作流程如下所示：
材料数据库 材料数据库> 选择材料> 材料属性 材料属性
选择数据库
选择材料
选择属性
总过滤器
工具箱提供了大量的材料属性，可以添加现有的或新材料的定义。
• 要修改材料现有的材料库必须要解锁，（注意这是永久修改，材料存储
在该资料库）。
要修改材料现有的材料库必须要解锁，（注意这是永久修改，材料存储
在该资料库）。
• 当前项目中的工程数据资料可以被修改，而不会影响材料库。
若要在当前项目现有的资料库中增加一种
材料，单击材料旁边的加号（+）。）。
• 在当前项目中定义的任何材料将被标记，
如右侧所示。
在当前项目中定义的任何材料将被标记，
如右侧所示。
• 如果 “added” 每一种材料将可以应用在现
有的项目上
每一种材料将可以应用在现
有的项目上( 他变成现有 “Engineering
Data” 的一部分)。
要创建新的材料首先选择材料
库的存储路径（或当前项目的
工程数据）。
要创建新的材料首先选择材料
库的存储路径（或当前项目的
工程数据）。
• 输入一个名称，对新材料进行
说明。
输入一个名称，对新材料进行
说明。
• 从工具箱中双击或拖放所需的
属性。
从工具箱中双击或拖放所需的
属性。
• 最后输入属性的值。
Workshop 2.1 – Mechanical 基础 基础
• 目标:
– 应用 Stress Wizard, 建立模型，并求解结构模型的应力，位移和安全
系数。
做生物力学的基本思路：
有限元分析是一种数值分析方法，仿真模拟。仿真顾名思义，通过计算机来模仿真实情景，进而达到预先掌握所要分析的工况，对临床有一定的参考价值。
那么，有限元分析的基本思路是怎样的呢？根据上文的介绍，主要有三块内容，我简单的称之为有限元三段法“一建二析三计算”：一、建立模型，建立所要分析的具体物体的计算机模型；二、分析工况，将实际的可能的工况全部列出，并按照最恶劣的工况加以安全系数进行计算；三、计算，将得出的工况计算结果导入计算模型中，作为边界条件，对模型进行计算分析，得出结论。
下面详细解释一下“三段法”。
1.建立模型
对于基层医生或者临床实习医生，更容易诊断患者病情；对于患者来说也很容易看明白自己病情的具体情况；从精准医疗来讲，多一种验证手段保证手术的精准度是可取的。另外，三维可视化不仅仅用在术前和医患沟通，还可以作为术中导航。三维影像在不同科室应用重点略有不同，三维影像可以做量化分析，比如对于肝胆外科进行肝胆切除的应用，术前精准定位占位的分区，评估余肝体积。
有限元分析：用了一组CT数据。有限元分析模型首先通过Mimics软件（比利时公司）从CT中取得骨头信息并初步建立粗糙的骨头三维模型。再从geomagic软件里对模型进行光滑，去噪等等，拟合成实体模型，接着导入SolidWorks进行装配切割，从而建立出一个相比较完整的有限元分析模型，为有限元分析提供扎实的模型基础，最后导入有限元分析软件ANSYS或者其他分析软件中设置好分析参数属性以及条件。
对研究对象进行跟骨的螺旋CT扫描，采集DICOM格式原始数据，将原数据导入Mimics软件，初步建立相应三维网格模型，将股骨皮质骨导出STL格式模型数据文件。再导入Geomagic软件中，进行表面处理，优化模型特征建立皮质骨与松质骨，接着导入SolidWorks进行装配切割骨折以及打入内固定还原手术后状态，最后导入ansys划分网格建立有效的分析文件。大致流程如图1-3-2-1所示。
2.分析工况
分析工况，就是模型的工作受力情况。我们以下用脊柱的案例说明。
三维有限元法应用于脊柱侧凸的研究不仅可以获得椎体外部表面的生物力学变化，而且可以了解椎体的内在生物力学特性，并可以用于脊柱侧凸矫形手术方案的优化。
（1）先是模型生物力学有效性的验证
选择 T 1 ～T 4 节段，对椎体有限元分析模型添加边界条件与约束，具体为：限定 T 4 椎体下表面的所有自由度，添加关节囊与椎体间的摩擦系数为 0，对 T 1 上表面施加 4 N.M扭矩模拟椎体前屈、后伸、左倾、右倾、左旋转、右旋转等 6 个方向的运动，在软件中获得 T 1 ～T 4 节段的力学性状，并与已经得到公共认可的文献数据或者实验数据的结果对比。
（2）模拟术中真实环境
模拟术中真实环境，体位为俯卧位，手术切口位于背侧，按照真实情况，固定胸骨和骨盆接触部位的皮肉，术中限制模型中骨盆皮肤处与手术床接触为零。保证胸廓与椎体间的活动度，并真实模拟关节囊润滑作用。手术方案：行 T 12 椎体切除，T3 ～L4行椎弓根螺钉固定。在三维建模软件中中置入椎弓根螺钉，在各个螺钉的尾部生成矫正棒模型 （图 2），按照计划切除 T 12 椎体，并对钉棒系统施加矫形力，主弯处的矫正力定为 470 N，方向沿 X 轴负向，次弯处为 110 N，方向沿 X轴正向。
其中，在有限元分析中,单元划分是否合理及其类型的选择直接影响计算的精度。在同样精度的要求下所需的6面体网格密度要比4面体网格的密度小在隐式求解的情况下6面体网格要比4面体网格容易收敛。4面体一般是协调单元,单元内应力应变假定为常数;而6面体大部分可为非协调元,应力应变在单元内为非常数。有的有限元模型主要采用6面体单元,对结构影响不重要的部分采用4面体单元且网格模型最大程度上做到与实际贴合。
3.计算
计算就是在准备好模型和边界条件以后，对这个分析模型导入到计算软件中进行计算。做生物力学的有限元分析软件有很多种，我最常用的是ANSYS跟ABAQUS。
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