腹主动脉瘤(Abdominal Aortic Aneurysm,AAA)是一种常见的危及生命的动脉病理性扩张疾病。在65岁以上的人群中患病率为8.9%,随着人口老龄化的不断加剧,AAA的发病率呈上升趋势。如果不及时治疗,AAA会逐渐膨胀直至破裂。一旦发生瘤体破裂,大量出血,即使进行紧急手术治疗,死亡率也高达90%。然而,AAA多数无症状,难以做到早发现早治疗。目前关于AAA的生理病理学机制尚不完全清楚,且临床上无法直接测量患者体内病变部位的组织应力和强度。现有治疗手段主要为外科手术干预,但由于AAA在破裂之前几乎没有症状,外科医生难以预测瘤体破裂风险,无法确定手术干预的最佳时机。随着计算流体力学的发展,已有不少学者利用计算机仿真分析研究AAA,但大多采用理想化的模型,无法准确模拟AAA在人体生理环境中的生物力学环境。因此,采用人体真实AAA模型,模拟人体内生理环境下AAA的血流动力学,研究AAA瘤壁的应力分布与变形过程,对理解腹主动脉瘤的产生、生长和破裂机制具有重要意义。本文建立的AAA仿真分析模型由血管壁与血液两部分组成。几何模型是通过特定的已破裂的AAA患者的CT扫描断层图像完成的,模型高度还原了人体真实AAA复杂的结构特征。数学模型则是由血管壁与血液的材料特性定义的本构模型。基于各部分本构模型,以流固耦合分析理论为依据,采用分离式算法完成双向流固耦合的数值求解。流体域基于有限体积法求解任意拉格朗日欧拉框架下三维瞬态标准湍流模型的压力-速度耦合方程;固体域在综合考虑血管壁固有的材料非线性和瘤体病变导致的几何非线性的前提下采用双重非线性有限元法求解;耦合边界上保证流体域与固体域的位移兼容,应力平衡以及速度无滑移。依据AAA流固耦合分析的理论研究,完成双向流固耦合仿真分析。流体域中重点考察血液的流速与湍流特性及其对壁剪切应力的影响,固体域中主要分析血管壁的应力与变形过程。在流场分析中发现:血管弯曲处与分叉处流动最为复杂,在0.3s左右达到速度峰值(0.5279m/s)与涡流量峰值(23.9254s-1),但瘤体下半部的血液呈低速不稳定的流动状态,且瘤壁长期暴露于低剪切应力中,这些都会导致瘤体下半部产生诸如炎症等一系列的不良反应,增加瘤体破裂风险。在结构分析中发现:虽然弯曲血管内侧、瘤体入口附近以及分叉血管等血流复杂的区域均有小范围的应力集中,但大应变集中区域与高应力集中区域均处于瘤体下半部的后壁,后壁在0.34s左右受到峰值应力(591.4KPa)的作用,该应力幅值占血管瘤壁极限强度的91%。结合流场与结构场的分析可知,后壁破裂风险极高,急需进行手术干预,这一结论亦与临床实际相符合。本文基于特定的已破裂的AAA患者的CT扫描数据还原了 AAA破裂前的状态,建立了完整的AAA的三维几何模型与数学模型,通过双向流固耦合仿真分析,准确预测了破裂的具体部位,揭示了影响瘤体破裂的主要力学因素与次要因素,进一步证实了仿真分析预测AAA破裂的可靠性,为仿真软件的临床应用提供了可靠依据。