[发明专利]一种软组织局部有限元模型的快速生成方法

摘要

本发明涉及一种人体组织有限元仿真技术，特别涉及一种软组织局部有限元模型的快速生成方法领域。本发明包括以下步骤：在离线状态下建立软组织模型的节点、四面体单元以及三角形单元的对应关系；进行参与计算单元的筛选；建立参与计算单元的新四面体单元序号、新节点序号和原模型中对应的四面体单元序号、节点序号的对应关系；建立平衡方程，进行形变计算。本发明能够快速地生成软组织局部有限元模型，有效地减少了模型的计算规模，同时也能保持软组织力学特性仿真的真实性。

主权项

一种软组织局部有限元模型的快速生成方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1）：根据软组织的网格模型，创建一个map容器，map容器的关键字定义为int64型变量A，map容器关键字对应的值定义为结构体B，结构体B中包括两个int型变量，分别为B1和B2；将64位的变量A分为三个部分，分别为0位到20位的A1部分、21位到41位的A2部分以及42位到63位的A3部分；根据软组织网格模型的每个三角形单元所组成的节点序号信息，在每个map容器的迭代器中，int64型变量A的不同部分A1、A2、A3中分别存放每个三角单元的三个节点序号的二进制数值，以由小到大的顺序，A1中存放的节点序号值为最小，A3中存放的节点序号值最大，实现通过一个int64型变量能够表达一个三角形单元；而在每个map容器的迭代器中，结构体B包含的int型变量B1和B2分别存放共用变量A所对应三角形单元的两个相邻四面体单元序号，如果变量A所对应的三角形单元为软组织模型的边界单元，则只在B1中存放包含变量A所对应三角形单元的四面体单元，并将变量B2赋值为‑1；步骤2）：筛选参与计算的单元的集合，以受力点所在单元的内心为基准点，给出如下所示的筛选条件的关系式：(1)式中，l为当前四面体单元的内心与受力点所在单元的内心之间的距离，a为筛选系数，R为受力单元的外接圆半径；判断当前的四面体单元是否满足筛选条件关系式（1），如果是，将当前四面体单元列入参与计算单元的集合，判断首先从受力点所在四面体单元的相邻四面体单元开始进行，然后再对每个相邻四面体单元相邻的四面体单元进行判断，参与计算单元集合的判断以受力点所在四面体单元为中心，由里到外进行，直到不满足筛选条件关系式（1）为止；筛选参与计算的单元时，根据筛选判断的先后顺序，将参与计算的单元集合的四面体单元序号和节点序号进行重新排序；当受力点所在四面体单元个数大于1时，依次进行受力点所在四面体单元个数次的循环进行判断，并统一封装到参与计算单元的集合；每个四面体单元的相邻四面体单元，根据每个四面体单元所组成的节点，生成四个三角形面的节点组合，节点序号按由小到大的顺序排列，然后通过步骤1）中生成的map容器查找；步骤3）：创建数组C，将步骤2）中生成的参与计算单元集合的新四面体单元序号和原模型中的四面体单元序号相连；创建数组D，将步骤2）中生成的参与计算单元集合的新节点序号和原模型中的节点序号相连；步骤4）：基于步骤2）所生成的参与计算的单元集合，并结合步骤3）中所生成的数组C和数组D，封装整体刚度矩阵，在施加的外加载荷和边界条件下，只对软组织模型中所筛选出的参与计算单元的集合进行形变计算。