基于弹--塑性力学及流固耦合的冠脉支架结构研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:afei137
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据世界卫生组织统计,心血管类疾病是一种严重威胁人类健康的高危疾病,全世界每年死于心血管疾病的人数高达1500万人,位居各种死因的首位。而冠心病又是心血管疾病中排行第一的疾病。在冠脉支架移植到堵塞或者封闭的血管过程中,球囊和支架共同做扩张支撑起狭窄的病变血管,支架服役过程中有可能还会出现支架内再狭窄现象。通过扩张模拟与流固耦合模拟可以了解到支架所受到的力学行为以及变形行为,并分析出支架在植入过程以及在人体血管内服役过程中有可能出现的问题。这对预防支架内再狭窄起到了至关重要的作用。  首先,探讨了冠脉支架介入性治疗的发展过程以及国内外关于血管支架的发展历程,对不同的血管支架以及药物的特点进行了分析与对比,就发展状况及未来趋势做出了论述,进而提出了本文的研究内容。  其次,对冠脉支架做扩张运动以及流固耦合问题的基础理论部分进行探析。第一阶段根据球囊与冠脉支架的相互作用关系,确定支架的高度非线性问题,并对扩张模拟进行有限元理论分析。对于支架自身而言,对材料的屈服准则从两个方面进行了论述与比较(增量理论与全量理论)。在第二阶段血管、血液与冠脉支架的流固耦合问题中所涉及到的单流体力学控制方程、单固体力学控制方程以及流固耦合控制方程、固固耦合控制方程进行了论述。  再次,通过PRO/E来建立球囊与冠脉支架的三维模型,利用Workbench的Transient Structura(ANSYS)模块进行数值模拟,分别对球囊、板块、血管、支架进行相关定义,并在模拟中对整体模型进行相应的网格划分与边界条件设定,在耦合数值分析时,通过对载荷进行定义并设置模型的基础关系等分析冠脉支架的变形状况,得出冠脉支架在扩张阶段的应力应变分布云图。  最后,针对于冠脉支架植入病变血管之后服役期间所产生的流固耦合问题进行模拟,在搭建三维模型的基础上,对双向流固耦合进行材料定义、网格划分并设置边界条件。通过Workbench中的Transient Structural模块和Fluent Flow模块进行仿真分析,最终得到血液流动、血管变形以及冠脉支架应力的分析图形。  本文分析与研究将有助于支架研究机构设计出更加杰出的血管支架,并为心血管支架技术的发展与支架内再狭窄的攻克做出新的贡献。
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