FEBio（Finite Elements for Biomechanics）是一款专为生物力学和生物医学工程领域设计的开源有限元分析软件。它由美国犹他大学（University of Utah）的 Musculoskeletal Research Laboratory（MRL）开发和维护，特别适用于模拟软组织、骨骼、关节、心血管系统等生物材料在复杂力学环境下的行为。

https://febio.org/
https://github.com/febiosoftware

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一、FEBio 的主要特点

1. 专为生物力学优化

   • 支持超弹性、粘弹性、多孔弹性（poroelasticity）、多相材料（biphasic/triphasic）等本构模型。
   • 内置多种生物组织常用的材料模型（如 Mooney-Rivlin、Ogden、Holzapfel 等）。

2. 多物理场耦合

   • 支持固体力学、流体力学（CFD）、流固耦合（FSI）、传质、电生理等多物理场问题。
   • 特别擅长模拟软组织在流体渗透、溶质输运等环境下的响应。

3. 非线性求解能力强

   • 高度非线性问题（大变形、接触、材料非线性）的稳健求解器。
   • 支持弧长法、自适应时间步长等高级求解策略。

4. 开源与可扩展

   • 核心求解器基于 C++ 编写，开源（BSD 许可），支持用户自定义材料模型、边界条件等。
   • 提供插件接口（FEBioStudio 插件系统）。

5. 前后处理集成：FEBioStudio

   • 官方图形界面工具，集成了建模、网格生成、边界条件设置、求解控制和结果可视化。
   • 支持导入 STL、OBJ、NASTRAN、ABAQUS 等格式，导出为 VTK 供 ParaView 可视化。

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二、FEBio 的基本使用流程

1. 安装

• FEBio 求解器：从 https://febio.org 下载命令行版本（Windows/Linux/macOS）。
• FEBioStudio：下载图形界面工具，用于建模和后处理。

2. 建模与前处理（推荐使用 FEBioStudio）

• 创建几何（或导入 CAD/STL）。
• 划分有限元网格（支持四面体、六面体等单元）。
• 定义材料属性（如超弹性、多孔介质）。
• 设置边界条件（位移、压力、接触、流体压力等）。
• 配置求解控制参数（时间步、非线性容差等）。

3. 生成输入文件（.feb）

• FEBio 使用 XML 格式的 .feb 文件作为输入。
• 可手动编写（适合高级用户），但通常由 FEBioStudio 自动生成。

4. 运行求解

febio3 model.feb

• 输出结果文件（.xplt 或 .vtk），包含位移、应力、应变、流体压力等场变量。

5. 后处理

• 在 FEBioStudio 中直接查看结果。
• 或导出为 VTK 格式，用 ParaView 进行高级可视化。

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三、简单示例（压缩超弹性块）

以下是一个简化的 .feb 文件片段，模拟一个 Neo-Hookean 材料立方体在顶部受压：

<febio_spec version="3.0">
  <Module type="solid"/>
  <Geometry>
    <Nodes>
      <node id="1">0,0,0</node>
      <node id="2">1,0,0</node>
      <!-- ... 其他节点 -->
    </Nodes>
    <Elements type="hex8" mat="1" elset="block">
      <elem id="1">1,2,3,4,5,6,7,8</elem>
    </Elements>
  </Geometry>
  <Material>
    <material id="1" type="neo-Hookean">
      <E>1000</E>
      <v>0.45</v>
    </material>
  </Material>
  <Boundary>
    <fix bc="xyz">1,2,3,4</fix>        <!-- 底面固定 -->
    <prescribe bc="z" lc="1">5,6,7,8</prescribe> <!-- 顶面施加位移 -->
  </Boundary>
  <LoadData>
    <loadcurve id="1" type="linear">0,0; 1,-0.1</loadcurve>
  </LoadData>
  <Step>
    <Control>
      <time_steps>10</time_steps>
      <step_size>0.1</step_size>
    </Control>
  </Step>
</febio_spec>

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四、适用场景

• 软骨、椎间盘、血管壁等软组织力学仿真
• 植入物-组织相互作用（如人工关节）
• 组织工程支架力学分析
• 多孔介质中的流固耦合（如脑水肿、肿瘤生长）
• 教学与科研中的非线性有限元验证

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五、学习资源

• 官网：https://febio.org
• 用户手册：https://help.febio.org
• 示例模型库：FEBioStudio 内置或官网下载
• 论坛与社区支持：https://forum.febio.org