可降解聚合物血管支架结构稳健性优化设计

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:waterlee1999
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血管支架术是当前治疗心血管疾病的主要手段之一。可降解聚合物血管支架具有巨大的发展潜力,但存在因材料本身弹性模量较低导致支撑能力较弱的问题。通过对支架结构的优化设计可改善其综合服役性能。此外,加工精度影响血管支架的服役性能,而目前国内外对血管支架的优化设计均没有考虑加工精度的影响。本硕士论文针对加工精度严重影响血管支架服役性能的问题,提出考虑加工精度影响的可降解聚合物血管支架结构稳健性优化设计方法,达到在改善聚合物支架综合服役性能的同时,提高优化结果稳健性的目的。主要研究工作包括:利用有限元法模拟分析了可降解聚合物血管支架在血管狭窄处的扩张性能和支架的弯曲性能,并对比分析了相同结构的聚合物支架和金属支架的相关力学行为。模拟结果表明,聚合物支架扩张过程中没有发生坍塌,支架在球囊卸载后仍能对病变血管提供机械支撑,但存在一定的径向弹性回缩和轴向缩短;支架桥接支柱附近的应力应变较大。与金属支架相比,聚合物支架最大扩张内压小于金属支架最大扩张内压,且柔顺性优于金属支架,但其有较大的径向弹性回缩,这表明聚合物支架扩张性能和支撑性能较弱于金属支架。针对可降解聚合物血管支架普遍存在的径向支撑能力较弱、表面覆盖率和厚度较大的问题,提出与有限元法相结合的kriging代理模型优化设计方法,实现了聚合物支架在设计空间下的全局最优设计,改善了支架的表面覆盖率和扩张性能。优化结果表明,优化后支架的表面覆盖率比原始设计支架的小16.05%,优化后支架的径向弹性回缩率比参照支架的小22.48%,因此提高了支架的综合服役性能。针对加工精度影响支架服役性能的问题,提出考虑加工精度的可降解聚合物血管支架结构稳健性优化设计方法,寻找设计空间内设计目标对设计变量变化不敏感的最佳设计,从而在一定加工精度范围内,使支架的力学性能维持在较好的水平。优化结果表明,稳健性优化支架的表面覆盖率比原始设计支架的小15.68%,稳健性优化支架的径向弹性回缩率比参照支架的小19.91%,目标函数稳健项比参照支架的小49.16%。此外,尽管稳健性优化支架的径向弹性回缩率略大于确定性优化支架,表面覆盖率相差无几,但稳健性优化支架的目标函数稳健项比确定性优化支架的小39.25%。因此,稳健优化后不仅改善了支架的综合服役性能,还明显提高了优化结果的稳健性。
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