FEBio

FEBio ^{[1] [2]} (Finite Elements for Biomechanics) — это программный пакет для конечно-элементного анализа ^[3] , специально разработанный для приложений в области биомеханики и биоинженерии. Он был разработан в сотрудничестве с исследовательскими группами из Университета Юты (MRL, SCI) и Колумбийского университета (MBL).

FEBio предлагает сценарии моделирования, конститутивные модели и граничные условия , которые имеют отношение к многочисленным областям исследований, и специализируется на анализе 3D-мультифизических моделей, которые могут подвергаться большим деформациям. Пользователи могут решать задачи по механике твердого тела , контактному анализу, задачам пористых сред , механике жидкости, а с версии 2.8 также и задачи взаимодействия жидкости и твердого тела (FSI). FEBio поддерживает как квазистатический, так и динамический анализ. Более подробный обзор функций FEBio приведен ниже.

Исходный код FEBio находится в открытом доступе и, начиная с версии 2.9, распространяется по лицензии MIT . Более старые версии доступны по пользовательской 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 фреймворк плагинов, который позволяет пользователям легко расширять и настраивать набор функций для своих конкретных нужд. Используя этот фреймворк плагинов, пользователи могут разрабатывать новые конститутивные модели, граничные условия, нагрузки на тело, нелинейные ограничения и даже новые решатели конечных элементов (см., например, плагин FEBioChem, который реализует решатель реакции-диффузии для решения химических реакций в смесях [2]).

Далее следует 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 временного интегрирования
  • Гиперупругие материалы (изотропные, трансверсально-изотропные, анизотропные), вязко-гиперупругие материалы, модели повреждений, волокнистые материалы.
  • Механика жесткого тела и жестко-деформируемая связь.
  • Заданные смещения, поверхностные нагрузки (например, давление, тяга) и нагрузки на корпус.
  • Множественные формулы связанного и скользящего контакта с трением или без него.
  • Объемные трехмерные линейные и квадратные элементы (тетраэдрические, гексаэдрические, пентаэдрические).
  • Линейные и квадратные элементы оболочек, которые могут быть свободными или располагаться сверху или между твердыми элементами.
• Многофазная механика
  • Двухфазные, двухфазно-растворенные, трехфазные (два растворенных вещества) и многофазные материалы с несколькими растворенными веществами.
  • Стационарные или переходные условия анализа.
  • Специальные контактные формулы, учитывающие поток растворителя и/или растворенного вещества через контактный интерфейс.
  • Твердосвязанные молекулы, которые деформируются вместе с твердой фазой.
  • Химические реакции между растворенными веществами/молекулами, связанными с твердым телом.
  • Специализированные составы оболочек для двухфазных/многофазных анализов.
• Механика жидкости
  • Анализ динамики стационарных и переходных жидкостей.
  • Течение вязкой жидкости (Ньютоновское, Карро, Карро-Ясуды, Пауэлла-Эйринга, Кросс).
  • Алгоритмы стабилизации потока.
  • Взаимодействие жидкости и твердого тела (FSI)
• Передача тепла
  • Анализ стационарного и переходного линейного теплообмена.
  • Изотропный материал Фурье.
  • Заданное и начальное температурное граничное условие, тепловой поток и конвективный тепловой поток, источник тепла.

FEBio — это приложение командной строки, которое реализует только алгоритмы решателя. Для помощи в настройке моделей FEBio и анализа результатов было разработано программное обеспечение FEBio Studio.

FEBio Studio — новейшая платформа разработки для создания, запуска и анализа моделей FEBio. Она позволяет пользователям импортировать геометрию и сетки из различных форматов файлов, включая некоторые форматы CAD (BREP, STEP), и предлагает некоторые возможности генерации тетраэдров. Затем пользователи могут настраивать граничные, нагрузочные и контактные условия, а также определять параметры материалов 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 загружать непосредственно в FEBio Studio для визуализации и анализа.

FEBio Studio также предоставляет доступ к онлайн-хранилищу моделей, в котором представлены примеры моделей, модели, используемые на вебинарах FEBio Studio, а также модели, которыми делится сообщество FEBio.

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 они заменены FEBioStudio. Пользователям, которые все еще используют эти программные пакеты, рекомендуется перейти на FEBio Studio.

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

• [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. на Wayback Machine FEBio, представлено в Biomedical Computation Review
• [11] GIBBON: дополнение к MATLAB «Биоинженерия на основе геометрии и изображений»