FEBio [1] [2] (Finite Elements for Biomechanics) - это программный пакет для анализа методом конечных элементов [3], специально разработанный для приложений в биомеханике и биоинженерии. Он был разработан в сотрудничестве с исследовательскими группами из Университета Юты (MRL, SCI) и Колумбийского университета (MBL).
Разработчики) | Лаборатории исследования опорно-двигательного аппарата (Университет штата Юта) и Лаборатория биомеханики опорно-двигательного аппарата (Колумбийский университет) |
---|---|
Стабильный выпуск | 3.2 / 05 февраля 2021 г. |
Операционная система | Linux , Mac OS X , Windows |
Тип | Технические вычисления |
Лицензия | Массачусетский технологический институт |
Веб-сайт | https://febio.org/ |
FEBio предлагает сценарии моделирования, конститутивные модели и граничные условия , относящиеся к многочисленным областям исследований, и специализируется на анализе трехмерных мультифизических моделей, которые могут подвергаться большим деформациям. Пользователи могут решать задачи механики твердого тела , контактного анализа, проблемы пористых сред , механики жидкости, а, начиная с версии 2.8, также задачи взаимодействия жидкости и твердого тела (FSI). FEBio поддерживает как квазистатический, так и динамический анализ. Более подробный обзор возможностей FEBio следует ниже.
Исходный код FEBio общедоступен и, начиная с версии 2.9, распространяется по лицензии MIT . Более старые версии доступны по специальной лицензии и не считаются программным обеспечением с открытым исходным кодом, поскольку они бесплатны только для некоммерческого использования.
Исходный код доступен на GitHub ( [1] )
FEBio поддерживает структуру плагинов, которая позволяет пользователям легко расширять и настраивать набор функций для своих конкретных нужд. Используя эту структуру плагинов, пользователи могут разрабатывать новые конститутивные модели, граничные условия, нагрузки тела, нелинейные ограничения и даже новые решатели конечных элементов (см., Например, плагин FEBioChem, который реализует решатель реакции-диффузии для решения химических реакций в смесях [2] ). .
Обзор
Ниже приводится краткий обзор доступных функций (начиная с версии 2.8). Более полный список можно найти в руководствах пользователя FEBio [3] .
- Механика твердого тела
- Нелинейные (квази) статические, нелинейные динамические, энергосберегающие схемы интегрирования по времени
- Гипеупругие материалы (изотропные, трансверсально-изотропные, анизотропные), вязко-гиперупругие материалы, модели повреждений, волокнистые материалы.
- Механика жесткого тела и жестко-деформируемая муфта.
- Предписанные перемещения, поверхностные нагрузки (например, давление, тяга) и нагрузки на тело.
- Составы с множественными связанными и скользящими контактами с трением или без него.
- Твердые трехмерные линейные и квадратичные элементы (тетраэдр, гексаэдр, пентаэдр).
- Линейные и квадратные элементы оболочки, которые могут быть свободными или размещаться сверху или между твердыми элементами.
- Многофазная механика
- Двухфазные, двухфазные, трехфазные (два растворенных вещества) и многофазные материалы с несколькими растворенными веществами.
- Условия стационарного или переходного анализа.
- Специальные контактные составы, которые учитывают поток растворителя и / или растворенного вещества через контактную поверхность.
- Молекулы с твердой связью, которые деформируются вместе с твердой фазой.
- Химические реакции между растворенными веществами / твердыми молекулами.
- Специализированные составы оболочек для двухфазного / многофазного анализа.
- Гидравлическая механика
- Стационарный и нестационарный гидродинамический анализ.
- Течение вязкой жидкости (Ньютон, Карро, Карро-Ясуда, Пауэлл-Эйринг, Кросс).
- Алгоритмы стабилизации потока.
- Взаимодействие жидкости и твердого тела (FSI)
- Теплопередача
- Установившийся и нестационарный линейный анализ теплопередачи.
- Изотропный фурье-материал.
- Заданные и начальные температурные граничные условия, тепловой поток и конвективный тепловой поток, источник тепла.
FEBio Studio
FEBio - это приложение командной строки, которое реализует только алгоритмы решателя. Для помощи в настройке моделей FEBio и анализе результатов было разработано программное обеспечение FEBio Studio.
FEBio Studio - новейшая платформа разработки для создания, запуска и анализа моделей FEBio. Он позволяет пользователям импортировать геометрию и сетки из файлов различных форматов, включая некоторые форматы САПР (BREP, STEP), и предлагает некоторые возможности создания сеток. Затем пользователи могут установить границы, условия нагрузки и контакта, а также определить параметры материала и анализа. Модели можно запускать с помощью FEBio непосредственно из интерфейса FEBio Studio или экспортировать во входной файл FEBio в формате xml. Модели можно запускать локально или отправлять на удаленный сервер. После завершения FEBio результаты можно загрузить непосредственно в FEBio Studio для визуализации и анализа.
FEBio Studio также предоставляет доступ к онлайн-репозиторию моделей, который предлагает образцы моделей, модели, используемые в вебинарах FEBio Studio, и модели, опубликованные сообществом FEBio.
Устаревшие инструменты
До FEBio Studio пользователи использовали программное обеспечение PreView для настройки моделей FEBio и PostView для визуализации и анализа. Поскольку FEBio Studio сочетает в себе эти два пакета программного обеспечения, программное обеспечение PreView и PostView, помимо предоставления многих дополнительных функций, считается устаревшим.
PreView и PostView больше не находятся в активной разработке, так как они заменены FEBioStudio. Пользователям, которые все еще используют эти программные пакеты, рекомендуется перейти на FEBio Studio.
Служба поддержки
Поддержка FEBio осуществляется в различных формах. Руководство по теории и руководство пользователя предоставляются как часть установки и также доступны в Интернете [4] . Пользователи также могут задавать вопросы на форумах пользователей FEBio [5] , а также могут сообщать об ошибках и делать запросы на новые функции на странице GitHub.
Рекомендации
- ^ Maas, SA; Эллис Би Джей; Атешян Г.А. Вайс Дж. А. (2012). «FEBio: Конечные элементы для биомеханики» . Журнал биомеханической инженерии . 134 (1).
- ^ Maas, Steve A .; Ateshian, Gerard A .; Вайс, Джеффри А. (20.06.2017). «ФЕБио: история и достижения» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 19 (1): 279–299. DOI : 10,1146 / annurev-Bioeng-071516-044738 . ISSN 1523-9829 . PMC 6141040 .
- ^ Бонет, Хавьер; Вуд, Ричард (2008). Нелинейная механика сплошной среды для конечно-элементного анализа . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-83870-2.