隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及軟件能力的持續(xù)提升，數(shù)值模擬技術(shù)取得了飛躍性的突破。在此期間，科研人員成功構(gòu)建了頭部、大腦以及血管等模型，這些模型被廣泛應(yīng)用于頭部損傷機(jī)理的探索以及防護(hù)方法的研究。

有限元法在人體組織損傷機(jī)理的研究領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。然而，鑒于人體組織結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，構(gòu)建具有高度生物仿真度的有限元模型，成為了有限元計(jì)算進(jìn)程中亟待攻克的首要難題。與此同時(shí)，有效解決數(shù)值模擬里高度非線性以及流固耦合等問題，亦構(gòu)成了有限元模擬的核心關(guān)鍵。

那有限元究竟是什么呢？

有限元分析(FEA)是一種用數(shù)學(xué)近似方法模擬真實(shí)物理系統(tǒng)的方法。該方法利用簡單相互作用的元素，即單元，來構(gòu)建模型，并用有限數(shù)量的未知量來逼近真實(shí)系統(tǒng)中無限數(shù)量的未知量。這種技術(shù)可用于模擬幾何形狀和載荷工況，以幫助理解真實(shí)系統(tǒng)的行為。

有限元分析是一種將復(fù)雜問題簡化的數(shù)值分析方法，它將問題分解成更小的子問題，并假設(shè)每個(gè)子問題有簡單的解。然后，通過將這些簡單解組合起來，可以推導(dǎo)出整個(gè)問題的解。這種方法有助于處理一些復(fù)雜的物理問題，如結(jié)構(gòu)平衡問題。

雖然這個(gè)解并非準(zhǔn)確解，而是一個(gè)近似解，但是因?yàn)閷?shí)際問題被簡化，所以它變成了一個(gè)比較方便的解決方案。由于許多現(xiàn)實(shí)問題的復(fù)雜性，很難得到準(zhǔn)確解，而有限元方法具有高計(jì)算精度和適應(yīng)各種復(fù)雜形狀的能力，因此成為有效的分析工具。

有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已經(jīng)出現(xiàn)，并在實(shí)踐中得到了應(yīng)用。例如，通過使用多邊形（由有限數(shù)量的直線單元組成）來逼近圓，可以計(jì)算出圓的周長。然而，作為一種系統(tǒng)的方法，它的正式提出則是最近的事情。

有限元法，最初被稱為矩陣近似方法，廣泛應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，其方便、實(shí)用、有效的特點(diǎn)吸引了眾多從事力學(xué)研究的科學(xué)家。

有限元求解問題的基本步驟通常為：

第一步：問題及求解域定義

第二步：求解域離散化

第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法

第四步：單元推導(dǎo)

第五步：總裝求解

第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋

并且妥善完成單元網(wǎng)格的細(xì)致劃分。而到了后置處理階段，核心任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)分析所獲結(jié)果展開采集與處理操作，以此讓用戶得以便捷地提取所需信息，進(jìn)而清晰透徹地了解計(jì)算結(jié)果。