全球領先的3D圖像數(shù)字建模與有限元分析軟件simpleware

1、全球領先的3D圖像數(shù)字建模與有限元分析軟件Simpleware介紹一、Simpleware軟件概況隨著社會的發(fā)展和人類科學技術的進步，傳統(tǒng)的FEA/CFD仿真流程所構建的三維模型比較簡單和理想化，真實感不強，但是各行業(yè)都有更為真實的模擬需求。3D圖像數(shù)字建?；趫D像的建模方式能夠構建更加真實的模型。Simpleware是全球領先的3D圖像數(shù)字建模與有限元分析軟件。是集成逆向工程、材料工程、生物力學工程、有限元分析等多工業(yè)、多學科領域的統(tǒng)一解決方案的專業(yè)軟件，包括ScanIP、ScanFEScanCAD三大部分。借助其image-to-mesh技術，Simpleware三維數(shù)字圖像重構軟件已成為

2、圖像到數(shù)值模型的圖像處理先驅者，獲得了包括QueerisAwardforEnterpriseinInnovation2012、InstituteofPhysics'(IOP)InnovationAward2013多個國際獎項，為數(shù)字圖像三維建模的發(fā)展做出了重要貢獻。目前Simpleware在世界范圍內廣泛應用于生物醫(yī)學、材料科學、石油天然氣科學、3D打印等眾多領域。Simpleware軟件基于核心圖形處理平臺ScanIP圖像處理模塊，可選擇的網(wǎng)格生成FEModule有限元模塊，以及CAD集成+CAD模塊和NURBSModule曲面建模模塊?；趯Ｓ械募夹g，在處理與整合圖像、CAD與仿真

3、技術領域有顯著效果。利用全新的物理模塊：固體力學模塊(+SOLIDModule)、流體分析模塊(+FLOWModule)以及多學科分析模塊(+LAPLACEModule),通過均質化技術計算掃描樣品的有效材料屬性。Simpleware一直致力于三維成像技術、CAD建模技術與仿真分析技術的整合。Simpleware提供創(chuàng)新的軟件以及完善的數(shù)字建模仿真解決方案，其技術從集成圖像的數(shù)據(jù)采集到建立CAD模型，并提供多種體網(wǎng)格生成技術，和導出NURBS曲面描述的CAD模型技術，該方案提供了完整的圖像三維建模技術路線，使用戶的工作流程大幅簡化。二、軟件模塊簡介Simpleware軟件包含模塊： ScanI

4、PSoftwares核心圖像處理平臺 NURBS:曲面建模模塊 FEModule:網(wǎng)格生成模塊 CADModule:CAD模塊 PhysicsModules物理模塊+SOLIDModule:結構力學模塊+FLOWModule:流體分析模塊核心圖像處理平臺ScanIPSofiirare曲面建模模塊¥匚艮且云鵬£生康網(wǎng)格生穆端律而附櫓生質FE£FD慟理操班圖2.1Simpleware軟件整體結構圖+LAPLACEModule:多學科分析模塊1、核心圖像處理平臺ScanIPScanIP為3D圖像數(shù)據(jù)的圖像可視化、測量和處理工具提供了寬泛的選擇。處理后的圖像可導出為STL

5、文件，應用于CAD分析、求解和3D打印領域。ScanIP為3D圖像數(shù)據(jù)(MIR,CT,micro-CT,FIB-SEM,)的綜合處理提供了軟件環(huán)境。軟件為用戶提供了功能強大的數(shù)據(jù)可視化、分析、分割以及量化工具。ScanIP易于學習和使用，內置視頻錄制功能，并能基于處理后的數(shù)據(jù)導出可用于CAD或3D打印的曲面模型/網(wǎng)格。附加模塊可用于通過掃描數(shù)據(jù)導出CAE網(wǎng)格、整合圖像數(shù)據(jù)、建模、導出NURBS曲面模型、計算有效材料屬性的功能。雨勢直觀的用戶界面生成高質量的多部分STL和曲面模型T無需手動修正或重剖網(wǎng)格腳本自動執(zhí)行可重復的任務及操作直接進行圖像到曲面的轉換，曲面輸出及可化圖2.2用ScanIP處

6、理MRI圖像后得到的大腦模型T準確、高質量地重構數(shù)據(jù)重要特征支持導入多種文件格式提供具有多個2D/3D視角的可定制化工作區(qū)背景圖像及蒙片的立體渲染動畫錄制和視頻文件導出綜合測量和統(tǒng)計工具功能強大的半自動分割工具確保多部分面網(wǎng)格/STL的一致性圖2-3使用Scan1P可視化的復合材料模型2、+NURBS曲面建模模塊+NURBS曲面建模模塊提供了，一種從圖像到NURBS(Non-UniformRationalB-Splines)模型。CAD數(shù)據(jù)轉換的一種途徑，通過創(chuàng)建該集成模塊運用自動擬合和表面生成技術，將ROI（regionsofinterest:）感興趣區(qū)域，轉換為NURBSIGES文件，轉換

7、后可導入至CAD軟件中。優(yōu)勢完全自動化補片擬合NURBS模型ti只需幾分鐘即可完成圖像到CAD模型的轉換高精度保留幾何及拓撲結構T從分割到模型保存無特征損失圖2.4自動化NURBS曲面選擇控制補片布局和控制點f最優(yōu)化補片布局根據(jù)原始幾何形狀重要特征+NURBS模塊可以完全集成于ScanIP從圖像到CAD數(shù)據(jù)的轉換圖2.5NURBS曲面模型實例NURBSIGES文件，可導入至CAD軟件中3、網(wǎng)格生成模塊+FESimplewareFE模塊具有強大的基于圖像的網(wǎng)格剖分能力，提供高質量解決方案，將分割后的3D圖像數(shù)據(jù)轉換為多部分的體積網(wǎng)格，導出并應用于有限元（FE）或計算流體力學（CFD）軟件包。生成

8、的網(wǎng)格具有一致的接口和共享節(jié)點，可指定材料屬性、定義接觸、節(jié)點集和殼單元,并定義CFD邊界條件，通過減少在其他軟件重劃網(wǎng)格的步驟加快用戶的工作流程。優(yōu)勢自動、高效、快速f幾分鐘即可完成從圖像分割到分析模型的生成般的個人電腦”進行處理生成復雜的網(wǎng)格完成復雜模型不依賴于高性能計算機僅取決于圖像質量的拓撲/形態(tài)學精確度f分割與平滑圖像過程中保持圖像精度不變FEA和CFD網(wǎng)格一致，尤其適用于流固耦合分析圖2.6使用Ls-Dyna模擬泡沫狀材料壓縮過程f強大的多部分模型避免間隙和重疊重要特征可基于任意形狀的復雜幾何體生成網(wǎng)格圖2.7網(wǎng)格生成實例用戶可選擇基本網(wǎng)格或自由網(wǎng)格根據(jù)圖像信號強度分配材料屬性具有

9、拓撲保留和體保留的光滑算法可對感興趣的多結構/區(qū)域進行網(wǎng)格劃分可保證接觸的表面/界面的一致性生成用戶自定義的自適應網(wǎng)格4、CAD模塊+CAD模塊與ScanIP模塊緊密結合，為CAD模型與三維圖像的融合提供一系列的工具。所獲得的幾何模型能夠輸出為眾多CAD文件格式模型，或者利用+FE模塊自動生成眾多有限元網(wǎng)格。在32位或64位Windows平臺支持多處理器進行CAD建模。優(yōu)勢輕松組合圖像與CAD數(shù)據(jù)圖2.8肱骨近端固定板在骨折后的相對定位+CAD模塊一避免在CAD環(huán)境中用到圖像為組合圖像和CAD數(shù)據(jù)準確生成網(wǎng)格ScanIP和+FE模塊強大的網(wǎng)格算法為外科手術可變性效應簡化多網(wǎng)格的生成一快速，可重

10、復，精確設計外科手術指南和范本，闡述支架/微架構重要特征f完美重現(xiàn)真實場景圖2.9通過CT圖重建的下頜骨和植入牙齒的CAD模型將大部分常見CAD文件格式直接導入到三維圖像根據(jù)用戶定義提供二維/三維視圖利用實時交互式輸入和鍵盤輸入進行定位沿著用戶定義的矢量進行限定性運動定位重采樣的幾何保留生成CAD為圖元的模板生成內部微小結構以STL形式導出組合模型或導入ScanIP做進一步體網(wǎng)格劃分5、物理模塊物理模塊包括結構力學模塊(+SOLIDModule)、流體分析模塊(+FLOWModule)、以及多學科分析模塊(+LAPLACEModule)。物理模塊的主要功能如下：模塊結構力學模塊(+SOLIDM

11、odule)流體分析模塊(+FLOWModule)多學科分析模塊(+LAPLACEModule)概述計算材料有效剛度張量和彈性模量。調用軟件內置的有限元求解器或米用基十分割圖像的快速半解析法來執(zhí)行數(shù)值均勻化計算。計算多孔介質滲透率等參數(shù)，數(shù)值均勻化計算調用軟件內置的Stokes求解器。計算由Laplace方程控制的材料行為對應的有效材料參數(shù)，包括但/、限于電導率、介電常數(shù)、熱傳導系數(shù)、擴散系數(shù)等。采用軟件內置的有限元求解器或者基于分割圖像的快速半解析法來執(zhí)行數(shù)值均勻化計算。核心功能計算啟效剛度張量/彈性模量內置有限元求解器多相材料模型構建快速半解析法評估可視化父形、應力應交計算多孔介質滲透率內

12、置有限元求解器可視化速度場和壓力場計算有效電導率和介電常數(shù)計算熱傳導系數(shù)計算擴散系數(shù)內置有限元求解器快速半解析法評估可視化場分布特性結構力學模塊(+SOLIDModule)流體分析模塊(+FLOWModule)多學科分析模塊(+LAPLACEModule)生成高質量的體網(wǎng)格(Hex/Tet或Tet)灰度值材料映射計算有效彈性參數(shù)計算滲透率系數(shù)口計算電參數(shù)和熱參數(shù)可視化有限元模擬結果圖2.10計算多孔材料樣品絕對滲透率張量、有效K勢穩(wěn)定而有效的均質化方法T復合材料的簡化分析基于3D掃描的高效仿真分析t在ScanIP中快速計算有效屬性在多種預定義邊界條件中進行選擇t基于標準設計進行分析，節(jié)約時間高

13、質量數(shù)據(jù)可視化及動畫功能的導電性、透氣性、導熱性和分子擴散T與同事分享和探討仿真結果腳本fl自動重復任務和操作重要特征計算有效彈塑性特性（結構模塊）、絕對滲透率（流體模塊）、電導率和介電常數(shù)、導熱系數(shù)和分子擴散系數(shù)（拉普拉斯模塊）可在完整的基于有限元的均質化方法和快速半解析法之間進行選擇（僅適用于結構模塊和拉普拉斯模塊）自動計算最適合的各向同性（所有物理模塊）、正交各向異性（結構模塊）、以及單軸（流體模塊和拉普拉斯模塊）近似值，以及算有效張量自動測定模型主軸方向計算結果可導出為text或VTK格式文件三、Simpleware軟件應用介紹Simpleware軟件實現(xiàn)圖像的可視化、量化分析處理，并

14、生成網(wǎng)格或模型。相對于傳統(tǒng)的FEA/CFD仿真流程所構建的簡單、理想化的模型，隨著3D影像技術的飛速發(fā)展，Simpleware軟件ScanIPSoftware（核心圖像處理平臺）準確快速捕捉物體內外結構特征，構建的網(wǎng)格模型更加真實，計算結果更精確，應用范圍更廣。Simpleware軟件應用范圍土木工程材料分析研究油氣能源探測、地質勘探工業(yè)逆向工程，工業(yè)生產(chǎn)，零件無損探測評估ALM/3D打印生命科學研究和醫(yī)療等領域Simpleware軟件典型應用1.土木工程和材料分析研究不同成£的可程化和封布觀音射"的掃插圖像不冏材料祥超的可視比利甘析圖3.2巖心樣本的可視化和分析圖3.3第

15、合材料的可視化和分析Simpleware的優(yōu)勢準確和快速生成模型。成分復雜樣品的可視化與分析，清楚呈現(xiàn)樣品內部結構。精確捕捉樣品復雜的缺陷、孔隙、流動，計算材料的性能等。2.油氣能源探測、地質勘探掃推的斷層斜;點云圖像可視化、網(wǎng)格fo帙型生前Simpleware的優(yōu)勢圖3.3儲層建模構建地震資料與有限元網(wǎng)格間的橋梁。3.工業(yè)逆向工程和工業(yè)應用昆示和計押試隱.圖3.4內置部件分析和零件檢測評估豐"PEn。皿交件固定Simpleware的優(yōu)勢準確、快速可視化和量化零件，為CAD/CAE和ALM處理輸出優(yōu)質網(wǎng)格模型確快速生成裂紋或氣孔對零件性能影響的模型。檢測零件制造缺陷、量化裂紋尺寸、分

16、布統(tǒng)計。無損測試，性能評估。4 .CAD包絡/CAD固定Simpleware的優(yōu)勢以CAD為基礎的包絡技術、控制設計，修復不能導入FEA/CFD求解器的CAD又件。5 .ALM/3D打?。毫慵?D打印村科晶格結"百分的球打印與品格焙梅圖3.6零件3D打印Simpleware的優(yōu)勢對CAD模型的魯棒性轟擊，使混合單元細胞附著到殼壁上，輕松地創(chuàng)建STL文件以及FE/CFD網(wǎng)格模型。實現(xiàn)無廢料加工，節(jié)省材料成本6 .醫(yī)療領域和生命科學演仲標體密壯妄二:*Aiti-1.一I1二二r.:Je.MI-1一不I1的M包值點5W.tbCT軌忤讓國圖3.7醫(yī)學3D打印、病理分析、解剖模擬Simplew

17、are的優(yōu)勢遵循國際FDA法規(guī)并通過FDA510k認證準確、快速地生成模型，顯示內部結構。可對病癥進行可視化分析。解剖結構、醫(yī)療器械和治療方法的建模。7 .人體與產(chǎn)品相互作用頭鄒模理卜的頭/的導入與定位下同的父也沏認部幅.整圖3.8人體頭部與頭盔建模模Simpleware的優(yōu)勢將CAD數(shù)據(jù)與人體模型相結合，實現(xiàn)產(chǎn)品與人體相互作用部分的建模圖3.9是Simpleware軟件部分用戶:中國石油長城鉆探工程公司CNPCGREATWALLDRILLINGCOMPANYCOSL中國骯天科技集團公司ChmAEraspieeScienceandTechnogyCgfpgrilicHi巾國w肚睡酸跚麗Slbu

18、gMHistiEttofCfflmiu。Chines匕AcidcmyofScisamO中國"至成UnlversptyofScienceand'limnologyofCnma圖3.9simpleware的部分用戶四、關于中仿科技中仿科技（CnTech冰司成立于2003年，是中國領先的仿真分析軟件和系統(tǒng)解決方案的提供者，是Simpleware全球合作伙伴之一，負責Simpleware三維數(shù)字圖像重構軟件在中國地區(qū)的市場推廣、銷售服務及提供技術支持等工作。中仿科技依靠自主創(chuàng)新研發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權的中仿CAE系列產(chǎn)品，同時與國際上領先的數(shù)值仿真技術公司有長期而緊密的合作關系，具備較強的自主研發(fā)能力和創(chuàng)新能力，能夠為中國企業(yè)和科研機構提供世界一流的仿真技術解決方案。公司總部設在上海，目前在北京、武漢設有分公司。過去的十多年來，中