Finite Elemente in Bewegung - CAD-FEM GmbH

AnyBody und ANSYS:
Gekoppelte Analyse eines Implantats
Implantate werden vielfältig eingesetzt:
Als künstliche Gelenke (Hüftendoprothese,
Knieendoprothese), als Zahnersatz
oder in Form eines „Knochenverbinders”
(Osteosynthese). Die reine Festigkeitsberechnung
mit der FEM stellt heute kein
Problem mehr da. Jedoch ist die Bestimmung
realistischer Randbedingungen nicht
einfach.
Sollen die auftretenden Spannungen an
einem Implantat berechnet werden, ist
eine FEM-Berechnung ein adäquates
Werkzeug – sofern die Lastannahmen
realistisch sind. Genau hier liegt die
Schwierigkeit, wenn die entscheidenden
Kraftwirkungen auf biomechanischen
Prozessen beruhen. Derartige Lastdefinitionen
sind sehr komplex, aber die Qualität
des Berechnungsergebnisses steht und fällt
damit. Abhängig von der jeweiligen Körperbewegung
variieren die auf das Implantat
wirkenden Kräfte. Das Heben einer Tasse,
das Steigen einer Treppe oder das Öffnen
einer Türe. Hier setzt ein Tool wie AnyBody
an: Mit AnyBody lassen sich beliebige
Bewegungen simulieren und die resultierenden
Gelenkkräfte bestimmen. Diese
Informationen helfen, die vielen verschiedenen
Lasten zu definieren, die im Alltag
des Patienten das physikalische Verhalten
des Implantats beeinflussen, also für die
FEM-Berechnung relevant sind.
Beispiel aus der Praxis
Ein namhafter Implantathersteller von
Osteosynthese-Produkten hat ein neues
Implantat entwickelt, dessen Spannungen
noch ermittelt werden müssen. Da keine
Informationen über die realen Kräfte
vorliegen, wurden in einer Analyse mit
AnyBody die während einer Standardbewegung
auftretenden Kräfte auf den
Knochen ermittelt. Diese Kräfte wurden
in ein reduziertes FEM-Modell überführt.
Dadurch konnten u.a. zuvor unbekannte
Torsionsmomente bestimmt werden, die
den Knochen belasten und entsprechende
Anpassungen des Implantats vorgenommen
werden.
Medizin und Biomechanik
Nach der Bestimmung der Gelenkreaktionskräfte auf den Radius während einer beliebigen Bewegung werden diese unter Berücksichtigung des Implantats nach
ANSYS exportiert. Das Ergebnis ist eine detaillierte Spannungsanalyse des Implantats unter der in AnyBody berechneten Lasten.
Schnittstelle von AnyBody zu ANSYS
OZEN Engineering, Inc. Partner von CADFEM in
den USA (siehe Seite 41) hat Any2Ans, die
Schnittstelle zwischen AnyBody und ANSYS
Workbench, fertig gestellt. Speziell im Bereich der
Strukturmecahnik öffnet sich ANSYS damit für
Lastdefinitionen der Biomechanik.
infoplaner 1/2008 43