ФЭБио

ФЭБио
Разработчик(и)	Лаборатории исследования скелетно-мышечной системы (Университет Юты) и Лаборатория биомеханики скелетно-мышечной системы (Колумбийский университет)
Стабильная версия	4.3 / август 2023 г.
Операционная система	Linux , Mac OS X , Windows
Тип	Технические вычисления
Лицензия	С
Веб-сайт	https://febio.org/

ФЭБио ^[1]^[2](Finite Elements for Biomechanics) — пакет программ для анализа методом конечных элементов. ^[3] и был специально разработан для приложений в биомеханике и биоинженерии. Он был разработан в сотрудничестве с исследовательскими группами Университета Юты (MRL, SCI) и Колумбийского университета (MBL).

FEBio предлагает сценарии моделирования, определяющие модели и граничные условия , которые актуальны для многочисленных областей исследований, и специализируется на анализе трехмерных мультифизических моделей, которые могут подвергаться большим деформациям. Пользователи могут решать задачи по механике твердого тела , контактному анализу, задачам пористых сред , механике жидкости, а начиная с версии 2.8 — также задачам взаимодействия жидкости и твердого тела (FSI). FEBio поддерживает как квазистатический, так и динамический анализ. Более подробный обзор функций FEBio представлен 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 платформу плагинов, которая позволяет пользователям легко расширять и настраивать набор функций в соответствии со своими конкретными потребностями. Используя эту структуру плагина, пользователи могут разрабатывать новые модели конституции, граничные условия, нагрузки на тело, нелинейные ограничения и даже новые решатели методом 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
- Гиперупругие материалы (изотропные, трансверсально-изотропные, анизотропные), вязко-гиперупругие материалы, модели разрушения, волокнистые материалы.
- Механика твердого тела и жесткодеформируемая муфта.
- Предписанные перемещения, поверхностные нагрузки (например, давление, тяга) и нагрузки на тело.
- Составы с несколькими связанными и скользящими контактами с трением или без него.
- Твердые 3D линейные и квадратичные элементы (тетраэдрические, шестигранные, пятигранные).
- Линейные и квадратичные элементы оболочки, которые могут быть свободными, располагаться сверху или между твердыми элементами.
Многофазная механика
- Двухфазные, двухфазные с растворенным веществом, трехфазные (два растворенных вещества) и многофазные материалы с несколькими растворенными веществами.
- Стационарные или переходные условия анализа.
- Специальные контактные составы, учитывающие поток растворителя и/или растворенного вещества через контактную поверхность.
- Молекулы, связанные с твердым телом, которые деформируются вместе с твердой фазой.
- Химические реакции между растворенными веществами/твердосвязанными молекулами.
- Специализированные составы оболочек для двухфазного/многофазного анализа.
Гидравлическая механика
- Стационарный и переходный гидродинамический анализ.
- Течение вязкой жидкости (Ньютона, Карро, Карро-Ясуды, Пауэлла-Айринга, Кросса).
- Алгоритмы стабилизации потока.
- Взаимодействие жидкости и твердого тела (FSI)
Теплопередача
- Анализ стационарной и переходной линейной теплопередачи.
- Изотропный материал Фурье.
- Заданные и начальные температурные граничные условия, тепловой поток и конвективный тепловой поток, источник тепла.

ФЭБио Студия

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 различных форматов файлов, включая некоторые форматы САПР (BREP, STEP), а также предлагает некоторые возможности создания тетрадных сеток. Затем пользователи могут настроить граничные условия, 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 работы FEBio результаты можно загрузить непосредственно в FEBio Studio для визуализации и анализа.

FEBio Studio также предоставляет доступ к онлайн-репозиторию моделей, который предлагает примеры моделей, модели, используемые в вебинарах FEBio Studio, а также модели, которыми делится сообщество FEBio.

Устаревшие инструменты

До FEBio Studio пользователи использовали программное обеспечение PreView для настройки моделей FEBio и PostView для визуализации и анализа. Поскольку FEBio Studio объединяет эти два пакета программного обеспечения, а также предоставляет множество дополнительных функций, программное обеспечение PreView и PostView считается устаревшим.

PreView и PostView больше не находятся в активной разработке, поскольку их заменил FEBioStudio. Пользователям, которые все еще используют эти пакеты программного обеспечения, рекомендуется перейти на FEBio Studio.

Поддерживать

Поддержка FEBio осуществляется в различных формах. Теоретическое руководство и руководство пользователя предоставляются как часть установки, а также доступны в Интернете [4] . Пользователи также могут задавать вопросы на форумах пользователей FEBio [5] , а также сообщать об ошибках и отправлять запросы на новые функции на странице GitHub.

Ссылки

^ Маас, ЮАР; Эллис Би Джей; Атешян Г.А.; Вайс Дж.А. (2012). «FEBio: Конечные элементы для биомеханики» . Журнал биомеханической инженерии . 134 (1): 011005. дои : 10.1115/1.4005694 . ПМК 3705975 . ПМИД 22482660 .
^ Маас, Стив А.; Атешян, Джерард А.; Вайс, Джеффри А. (20 июня 2017 г.). «FEBio: История и достижения» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 19 (1): 279–299. doi : 10.1146/annurev-bioeng-071516-044738 . ISSN 1523-9829 . ПМК 6141040 . ПМИД 28633565 .
^ Бонет, Хавьер; Вуд, Ричард (2008). Нелинейная механика сплошной среды для анализа методом конечных элементов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-83870-2 .

Внешние ссылки

[6] Страница программного обеспечения FEBio
[7] Форум FEBio
[8] Исходный код FEBio на GitHub.
[9] FEBio представлен на SimTK
[10] Архивировано 28 августа 2008 г. в Wayback Machine FEBio, представленном в журнале Biomedical Computation Review.
[11] ГИББОН: дополнение к MATLAB по геометрии и биоинженерии на основе изображений.

[1] Маас, ЮАР; Эллис Би Джей; Атешян Г.А.; Вайс Дж.А. (2012). «FEBio: Конечные элементы для биомеханики» . Журнал биомеханической инженерии . 134 (1): 011005. дои : 10.1115/1.4005694 . ПМК 3705975 . ПМИД 22482660 .

[2] Маас, Стив А.; Атешян, Джерард А.; Вайс, Джеффри А. (20 июня 2017 г.). «FEBio: История и достижения» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 19 (1): 279–299. doi : 10.1146/annurev-bioeng-071516-044738 . ISSN 1523-9829 . ПМК 6141040 . ПМИД 28633565 .

[3] Бонет, Хавьер; Вуд, Ричард (2008). Нелинейная механика сплошной среды для анализа методом конечных элементов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-83870-2 .

[1]

[2]

[3]