Eredményhirdetés

A számítási mechanika alapján a topológiai optimalizálás meghatározza az optimális egyensúlyt a hajlítással szembeni ellenállás és a nagy befecskendezési kapacitás között.

Eredményhirdetés

Élvonalbeli -számítási mechanikát és topológiaoptimalizálási technológiákat alkalmaztunk, hogy sikeresen meghatározzuk a „Pareto optimális határvonalat” a merev csőszerkezetek teljesítményéhez. Ennek alapján fejlesztettük ki az "OptiSlot" intelligens tervezési platformot és a hozzá kapcsolódó termékeket. Ez a platform automatikusan egyedi, optimális résmintákat tud létrehozni az olyan meghatározott célkorlátozásoknak megfelelően, mint az axiális szilárdság, a hajlítási ellenállási együttható, a csavarási merevség és a súly. Ennek eredményeként az ezen a platformon előállított résekkel rendelkező merev csövek átfogó mechanikai teljesítőképességgel rendelkeznek, amely több mint 40%-kal magasabb, mint a hagyományos empirikus kiviteleknél, így példátlanul precíz egyensúlyt érnek el a hajlítási ellenállás és az axiális befecskendezési erő között.

Kutatási és fejlesztési háttér kihívásai

A merev csőszerkezetek tervezése során a mérnökök régóta támaszkodnak empirikus képletekre és próba{0}}és-hiba módszerekre a hornyolás paramétereinek (például a rés hossza, szélessége, távolsága és szöge) meghatározásához. Ez a megközelítés nem csak nem hatékony, de nehéz is kvantitatívan értékelni a különböző tervek közötti teljesítménykülönbségeket, és nem képes feltárni az elméleti határt megközelítő lehetséges terveket. Ennek eredményeként a kialakítások túlságosan konzervatívak, vagy túl sok belső teret áldoznak fel a biztonság érdekében, vagy hajlítási kockázatot jelentenek a végső befecskendezési erő elérése során. Klinikailag jelentős kötegek közötti-a-változatok léteznek, és az eszközök „érzetében” és megbízhatóságában holtfoltok vannak. A fizikai-alapú, szisztematikus tervezési módszertan hiánya a stagnáló termékteljesítmény és a súlyos homogenitási probléma alapvető oka.

Alapvető technológiai innováció

• Paraméteres végeselem és több{0}}objektív optimalizálási integrációs platform:Kifejlesztettünk egy integrált tervezési környezetet független szellemi tulajdonjogokkal, zökkenőmentesen összekapcsolva a parametrikus geometriai modellezéssel, a nemlineáris végeselem-elemzéssel (FEA) és a több-objektív genetikai algoritmussal (MOGA). A felhasználóknak csak a külső átmérőt, a falvastagságot, az anyagtulajdonságokat és a várható teljesítmény-céltartományt kell megadniuk (mint például a minimális nyomótörési erő, a legnagyobb megengedett hajlítási szög, a minimális torziós merevség), és a platform automatikusan optimalizálhat több ezer lehetséges kialakítás között. Az algoritmus a tengelyirányú merevséget, az oldalirányú hajlítási ellenállást, a torziós átviteli hatékonyságot, a súlyt stb. optimalizálási célként veszi fel, és végül egy sor nem -dominált megoldást (azaz olyan tervezési sémákat, amelyek nem javíthatók egyik szempontból anélkül, hogy károsítanák a másikat) a „Pareto fronton”, amelyeket a mérnökök prioritás alapján választhatnak ki.
• Bionic és nem{0}}egyenletes váltott soros slot-adatbázis:Megtörve a hagyományos, egységes, egyenes slot gondolkodásmódot, összeállítottunk egy adatbázist, amely több tucat fejlett slottípust tartalmaz. Ezeket a réstípusokat természetes hajlításgátló struktúrák ihlették, mint például a bambusz ízületek, a csontok Havercus csőrendszerének kérgi rétegei stb. Ideértve, de nem kizárólagosan: fokozatosan változó távolságú rések, ív alakú feszültségdiffúziós rések, fraktál elágazású rések, aszimmetrikus torziós egységek, aszimmetrikus torziós rések stb. nem egyenletes eloszlású, de mechanikailag hatékony összetett nyílásminták.
• A gyártási kényszer összekapcsolása és a termelékenység ellenőrzése:Az optimalizálási ciklus során innovatív módon beágyaztuk a „Gyártáskorlátozási modult”. Ez a modul valós időben értékeli az egyes generált tervek gyárthatóságát, beleértve a lézervágás megvalósíthatóságát (például minimális belső szögsugár, a hő felhalmozódásának elkerülése), a polírozószerszámok elérhetőségét, és azt, hogy nem keletkezik-e nehezen--eltávolítható sorja. Az optimalizáló algoritmus automatikusan elkerüli a nem praktikus terveket, biztosítva, hogy minden optimális megoldás „gyártható optimum” legyen, amely közvetlenül a digitális térből a gyártósorra kerül, és kiküszöböli a „papírbeszélgetést”.

Hatásmechanizmus

Az OptiSlot platform tervezési filozófiája a „stressz irányítása, nem pedig a stressz elleni küzdelem”. A generált résminták lényegében a leghatékonyabb és legsimább átviteli útvonalat tervezik a cső belső erőinek (feszültségáramlás) komplex terhelések esetén. A számítógépes mechanikai szimuláció révén a platform pontosan azonosítja az "erőláncot", amely axiális nyomás alatt a fő terhelést viseli, valamint az oldalirányú erők hatására kihajlásra hajlamos "gyenge területeket". Az optimalizált rések elegendő folyamatos "áthidaló" anyagot fognak megtartani az "erőlánc" útvonala mentén, mint egy szilárd főút; míg a "gyenge területeken" vagy a nem -elsődleges teherviselő-zónákban stratégiailag bevezetik a rések meghatározott alakját és irányát. Ezek a rések olyanok, mint a gondosan megtervezett "rugalmas kötések" vagy "energiaelnyelők", amelyek lehetővé teszik az anyag kis, szabályozható rugalmas deformációját, ezáltal eloszlatják az ütközési energiát, és megakadályozzák, hogy a helyi instabilitás a teljes összeomlásig terjedjen. Ez a feszültségmező{7}}alapú aktív menedzsment kialakítás az anyagelosztás leggazdaságosabb és leghatékonyabb felhasználását teszi lehetővé.

Hatékonyság ellenőrzése

A hagyományos egységes réskialakítást az OptiSlot optimalizált kialakítással összehasonlítva jelentősek a különbségek: az azonos nyomótörési ellenállás (például 1000N) teljesítése mellett az optimalizált kivitelben a csőtest tömege átlagosan 18%-kal csökken, illetve a belső átmérő 15%-kal bővíthető. A három-pontos hajlítási tesztben, amikor ugyanazt az alakváltozást érjük el, az optimalizált kialakítású csőtest által viselt terhelés 25%-50%-kal nagyobb, mint a hagyományos kialakításé. Ennél is fontosabb, hogy az optimalizált kialakítás meghibásodási módja "szelídebb", ami progresszív és többlépcsős engedésben nyilvánul meg, nem pedig hirtelen törésben, értékes visszajelzést és reakcióidőt biztosítva a kezelő számára. Egy gerincfúziós implantátum-szerszámok alkalmazásánál az OptiSlot-tal tervezett vezetőhüvely torziós szöghibája 60%-kal csökkent a szimulált maximális implantációs nyomaték alatt a korábbiakhoz képest, és a sebész visszajelzése szerint "puhább" volt, kiszámíthatóbb, és jelentősen megnőtt a műszer kezelésébe vetett bizalom.

Kutatási és fejlesztési stratégia és filozófia

Alapvető stratégiánk az, hogy "a tervezés növeli a teljesítményt, a szimuláció helyettesíti a próbálkozást és a hibát". A fejlett számítási szimulációs és optimalizálási technológiákat a "szuper mikroszkópnak" és a "gyorsító motornak" tekintjük az új korszak új orvosi eszközök fejlesztéséhez. Sokat fektettünk be a nagy-teljesítményű számítástechnikai fürtök kiépítésébe, és professzionális csapatot alakítottunk ki a szilárd mechanika, a számítási matematika és a szoftverfejlesztés területén. Filozófiánk: az igazi innovatív tervezés gyakran az emberi intuíción és tapasztalaton túli hatalmas térben rejlik, és a fizika{4}}alapú intelligens optimalizálási algoritmusok a legjobb útmutatók ennek az ismeretlen területnek a felfedezéséhez. Elkötelezettek vagyunk amellett, hogy felszabadítsuk a mérnököket az ismétlődő, tapasztalaton alapuló-munka alól, lehetővé téve számukra, hogy a legmodernebb teljesítménykövetelmények-meghatározására és a klinikai problémákra összpontosíthassanak, miközben az optimális megoldás megtalálását a fáradhatatlan intelligens algoritmusokra bízzuk.

Jövőbeli kilátások

A jövőben a szerkezeti optimalizálás a statikusról a dinamikusra, az elszigetelt komponensekről a rendszerintegrációra fog elmozdulni. Fejlesztjük a "valós idejű topológia optimalizálás" technológiát, amely a művelet közbeni valós idejű navigációs adatok (például a műszer és a csont közötti érintkezési erő, valamint a szövet impedanciája) alapján dinamikusan tudja beállítani a műszer helyi merevségi eloszlását. Ezzel egyidejűleg kibővítjük az optimalizálási hatókört egyetlen csőtestről a teljes műszerrendszerre, beleértve a csőtest és a proximális fogantyú közötti csatlakozási felületeket, valamint a disztális munkafejet, hogy elérjük a mechanikai teljesítmény rendszerszintű optimalizálását. A további elképzelés egy "felhő-tervezési piac" létrehozása, ahol a klinikusok vagy műszergyártók benyújthatják teljesítménykövetelmény-csomagjaikat. Felhőplatformunk néhány órán belül több virtuális -ellenőrzött optimalizált tervezési sémát és a kapcsolódó teljesítmény-előrejelzési jelentést küld vissza, jelentősen felgyorsítva a folyamatot az ötlettől az innovatív műszerek prototípusáig, és elősegítve a személyre szabott sebészeti műszerek korszakának eljövetelét.