馬歇爾航空航天與國防集團借助MSC Apex仿真“鐵肺”
來源: | 作者:薈奇安科技 | 發布時間: 2020-11-27 | 609 次瀏覽 | 分享到:

上圖:19世紀50年代小兒麻痹癥疫情期間的負壓呼吸機,

通常稱為“鐵肺”


由于時間緊迫,需要快速開發,為了盡快地交付樣機,馬歇爾的工程師需要平行地進行設計、分析和制造。

從19世紀初期到中期,小兒麻痹癥席卷全球,急需一種人工呼吸器來幫助無法靠自己呼吸的患者。當時的工程師通過開發一款機械呼吸機來幫助他們,這款呼吸機被稱為“鐵肺”。

和那時相比,現在的技術發展了很多,但是呼吸系統疾病仍然存在。新冠肺炎疫情的大爆發將這種情況更加凸顯了出來,并引發了此類的需求,因為一些嚴重的病患在病情惡化時需要呼吸機來幫助呼吸。


圖2:“ Exovent”負壓呼吸機的早期效果圖,與19世紀50年代相比,極大地簡化了設計和成本

挑戰

英國政府給了航空航天與國防行業一個挑戰,要求快速開發出現代版的“鐵肺”,并研發可幫助挽救全球生命的呼吸機。 位于英國劍橋的馬歇爾航空航天與國防集團對這一挑戰做出了回應,并組織了一個團隊來進行開發。

由于時間緊迫,需要快速開發出來。為了盡快地交付樣機,馬歇爾的工程師需要平行地進行設計、分析和制造。因此,設計方案幾乎每天都在更迭,工程仿真團隊需要跟上這樣的快節奏。MSC Apex能夠應對這個挑戰并為馬歇爾的工程師提供快速的分析結果,幫助他們開發可靠的、安全的呼吸機并迅速交付來挽救生命。

解決方案/驗證

馬歇爾的工程師首先關注到的是MSC Apex的網格劃分功能以及網格再劃分和幾何清理的速度。 這可以幫助應力分析團隊在設計方案快速更迭的環境中完成所需的仿真任務。

“我們已經設置好了一個仿真,并且可以在4個小時內運行完成,這在以前通常都需要花費一周的時間。這個模型簡化了加載和約束,節省了幾何清理和網格劃分的時間?!瘪R歇爾航空航天與國防集團首席應力工程師Ian Debenham說。

在進一步了解產品之后,他們發現,Apex在CAD模型和網格之間架起橋梁,其劃分的網格可以在修改模型后實現更迭,并且Apex提供的模型通過MSC Nastran求解器運行后成功得到驗證, Apex可以快速對設計進行修改,無需從頭重建仿真模型。

“我們在構建好了呼吸機的樣機后,能夠在設計和制造的同時進行仿真的修正,幫助在產品結構驗收時提供實時的響應?!?-馬歇爾航空航天與國防集團首席應力工程師Ian Debenham

因此,鐵肺被重新開發出來,并被稱為“ The Exovent”,其樣機在極短的時間內交付給了國家衛生局(NHS)。



結果

在研發此項目之前,通常使用常規的間歇性正壓通氣機(IPPV),該機需要對患者氣管進行插管(這意味著必須注射鎮靜劑,有時甚至要麻醉),同時擠壓他們的胸部來使空氣吸進和呼出。由馬歇爾航空航天與國防集團開發的負壓呼吸機(NPV)不需要這種侵入性的操作,患者可以保持意識,口服藥物和食物(而不是輸液),并且使用呼吸機后還能夠說話。



MADG通過這些經驗增加對醫療設備質量程序的了解,未來也可支持與陸軍和空軍(Medevac,CT掃描儀和野戰醫院)有關的醫療系統工作 。

我們已經安排好了一個仿真,并且可以在4個小時內運行完成,這在以前通常都需要花費一周的時間。這個模型簡化了加載和約束,節省了幾何清理和網格劃分的時間。


-馬歇爾航空航天與國防集團首席應力工程師Ian Debenham




圖 3: 馬歇爾航天與國防集團建造的工程樣機


圖 4: Exovent樣機的MSC Apex結構分析模型






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