用有限元法耦合反应扩散模型的骨重建和仿生拓扑优化方法研究

摘要

本文介绍了用有限元法耦合反应扩散模型的骨重建和仿生拓扑优化理论和方法.首先对骨微结构进行了建模,然后用仿生拓扑优化方法模拟了骨小梁结构的形成过程.对骨骼宏观结构和形状的形成过程也进行了建模并进行了仿生拓扑优化.不同载荷条件下的骨微结构模型在保留体积不同时的仿生拓扑优化结果表明,所有的结果最终都得到小梁结构并在给定的保留体积内趋于稳定,但是小梁尺寸大小有所不同.对于骨骼宏观模型,建立了不同边界条件的模型,用仿生拓扑优化方法模拟了骨骼宏观结构和形状的形成过程,得到了接近股骨、腓骨、脊椎骨、错骨和指骨等实际骨骼形状.