FlowVision в биомеханике

Содержание материала

Будущее – сегодня: что, если бы врачи могли анализировать состояние здоровья пациентов и планировать методы лечения и операции, используя ту же передовую технологию моделирования, которую используют автомобильная, аэрокосмическая, энергетическая промышленности?

Компьютерная биомеханика - актуальное, но ещё не до конца изведанное направление в науке. Именно поэтому разработчики и инженеры команды FlowVision не могут оставаться в стороне.

Технологии, дающие возможности

Задачи биомеханики - это не только подробная геометрическая модель, которая постоянно изменяет своё положение естественным образом, но и невероятная точность задания входных параметров. Какие технологии дают возможность моделировать изменения в человеческом теле?

Взаимодействие "жидкость - конструкция" (FSI)

FSI позволяет моделировать сопряжённые задачи взаимодействия внутреннего или внешнего потока жидкости с деформируемым телом. Это осуществляется с помощью интегрированного взамодействия FlowVision с КЭ-комплексами: SIMULIA Abaqus, MSC Nastran, АПМ WinMachine и другими. Например, В SIMULIA Abaqus моделируются деформации, а движение жидкости полностью моделируется во FlowVision.

20

Примеры ПО, с которым можно настроить связку

В интерфейсе FlowVision реализована возможность стыковки различных типов сеток и разных типов аппроксимаций, чтобы обеспечить двустороннюю передачу данных между КЭ-комплексом (например, Abaqus) и аэрогидродинамическим комплексом FlowVision.

Модификатор "Подвижное тело" 

Эта технология позволяет задавать произвольный закон движения подвижного тела в пространстве с учётом влияния аэрогидродинамических и инерционных сил, а также контактное взаимодействие. 

21

Пример применения модификатора "Подвижное тело" для моделирования движения спортсмена

Движение может быть задано для каждой из 6 степеней свобод как закон изменения поступательной и/или угловой скоростей и/или через силы и моменты.

Использование вывернутой геометрии позволяет рассчитывать внутренние полости органов, а для экономии времени расчёта для задач с заранее определённым законом движения (полученным, например, со сканеров и томографов)  можно применять автоматическую замену геометрии в процессе расчёта.

Построение сетки для сложных геометрических моделей

Расчетная сетка FlowVision – структурированная, декартова, локально адаптивная. Локальная динамическая адаптация начальной сетки производится в соответствии с заданными пользователем критериями: возможна адаптация на границе, в области, по решению и градиенту.  

Реализовано подсеточное разрешение геометрии и пристеночное призматическое разрешение пограничного слоя. Упрощения приграничных ячеек не производится.

Генерация сетки полностью автоматизирована. При применении модификатора "Подвижное тело", расчётная сетка автоматически перестраивается при обновлении положения Подвижного тела.

17

Взаимодействие сеток при совместном расчете

Модель зазора

Модель зазора – специальный метод  моделирования физических процессов в узких каналах. Её использование позволяет не разрешать сеткой узкие каналы между поверхностями - автоматически включаются "зазорные" ячейки. В этом случае силы и диффузионные потоки в каналах рассчитываются по аналитическим выражениям.

18Пример применения модели зазора и построение зазорных ячеек 

Параллельные вычисления

При параллельных вычислениях расчётная сетка разбивается на несколько частей. Расчёт проводится для каждой части сетки отдельной копией решателя. Далее происходит обмен полученными данными между распараллеленными процессами.

19Распределение ячеек сетки, контактирующих а) с поверхностями автомобилей, б) с поверхностью судна по 16 процессорам

FlowVision работает на компьютерах, имеющих смешанную архитектуру, совмещая межузловое MPI-распараллеливание с распараллеливанием по потокам в узле. Это позволяет добиться высококачественного масштабирования программного комплекса при работе на большом числе процессоров. То есть применять оптимальный по скорости обмена данными метод расчёта.