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没错!小编“脑子进水”了!
吓的小编赶紧晃了晃进水的大脑,趁着症状较轻意识还算清醒,采用空隙压力-热力耦合单元,多孔介质有限元仿真技术模拟“脑子进水”导致头部扩张的过程,以期告知可爱的小伙伴们“脑子进水”是什么感觉。
通过计算机断层扫描(CT)获得大脑断层的轴向截面,基于MRI图像重建脑子三维模型。采用平面应变假设,遵循点->线->面->网格,建立脑脊髓流体动力学有限元模型。
et,1,212
keyopt,1,3,2
keyopt,1,12,1
keyopt,1,11,1
合理的材料特性对于获得良好的模拟结果至关重要,特别是多孔介质和热特性。采用新胡克超弹性材料本构模型,指定各向同性脑渗透性,通过超弹性材料的耦合单元来求解位移、孔隙压力和温度。
(1) 定义Neo-Hookean超弹性,命令流如下:
tb,hyper,1,,,NEO
tbdata,1,3000,0.005
fpx=4.8e-8
tb,pm,1,,,perm
tbdata,1,f
(3) 为大脑分配1.0的Biot系数,命令流如下:
tb,pm,1,,,biot
tbdata,1,1.0
mp,alpx,1,4.14e-5
mp,reft,1,0
mp, dens , 1, 900
tb, therm, 1,,, cond
tbdata,1,500
tb, therm, 1,,, spht
tbdata,1,3000
对于横截面的外表面,X和Y向施加固定约束。对于横截面的内表面,施加39°C温度边界和166.61Pa的压力载荷。孔隙压力为零,人体初始温度为37°C。命令流如下:
DL,ALL,,UX,0
DL,ALL,,UY,0
DL,ALL,,Pres,0
d,all,temp,37.0
SFL,ALL,PRES,166.61
d,all,temp,39.0
采用适用于含结构和流体孔隙压力的SOIL分析类型。由于使用了超弹性材料,因此开启大变形。在组合结构-热载荷作用下,使用耦合孔隙压力热单元对正常压力脑积水进行非线性分析。命令流如下:
antyp,soil
kbc,1
eqslv,sparse !稀疏矩阵求解器
nlgeom,on !打开非线性
rate,on
outres,all,all
time,1
nsubst,50,100000,10
solve
fini
压力扩张导致变形结果,如下图所示。最大变形集中在心室周围。
参考资料:
[1] 公众号:芷行说. “脑子进水”怎么用有限元分析.
[2] 知乎:龙飞宇. 案例50-用超弹性材料分析法向压力脑积水.
[3] Shahim, K., Drezet, J.-M., Molinari, J.-F., etc. Finite element analysis of normal pressure hydrocephalus: Influence of CSF content and anisotropy in permeability. Applied Bionics and Biomechanics. 2010, 7.3:187-197.
[4] ANSYS2020官方示例清单. Normal-Pressure Hydrocephalus Analysis Using Hyperelastic Material.
11、流体力学的“那块砖”
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