浅谈动力学不锈钢冠脉支架结构设计及动态应力数值模拟

论文导读：流动停滞现象使得壁面产生低剪应力区域，观察到有涡流现象，壁面低剪应力更容易诱发再狭窄等动脉病变，所以在支架的设计应尽量减少支架植入后在血管壁产生的低剪应力区；非稳态计算中，即采取血流入口速度为脉动流，其模拟结果能真实的仿真血管内血流动力学特性，脉动流条件下，植入支架的血管内壁面剪应力及血液在血管内的速度随入
摘要：冠脉支架是治疗闭塞性心血管系统疾病的重要的医疗器械，其作用是在病变部位撑开由于粥样硬化变狭窄的血管，保持血流通畅。理想的冠脉支架设计是目前国内外探讨的热点。本论文基于有限元策略的基本论述，对冠脉支架的几何构型进行设计浅析，并利用Fe-safe疲劳性能浅析软件，建立了一个对于冠脉支架疲劳性能浅析的相对完整的探讨系统，经过对支架膨胀预应力及脉动压力叠加加载、设置疲劳计算的相关参数后，计算得到了支架的疲劳寿命分布及疲劳安全系数，评价了该支架的抗疲劳性能。论文基于流体力学基本论述，建立了植入支架的冠状动脉血管内血流动力学模型，采取CFD技术与有限元法结合，探讨了多种因素对血流动力学的影响，考察了支架的植入对右冠状动脉血管内血流动力学的影响。本论文以支架膨胀历程的力学行为数值模拟为探讨重点，首先阐述了有限元策略的基本论述和非线性有限元法在设计中的运用，然后采取Pro/Engineer三维实体建模技术与ANSYS有限元浅析相结合，构建了具有“花生”单元的冠脉支架三维仿真模型，通过计算得到膨胀历程中的支架应力应变、径向反弹比、轴向回缩率、金属覆盖率等生物力学性能，并进行了柔顺性能的浅析。计算结果表明该支架具有较好的径向反弹比和轴向回缩率；卸载后最大残余应力发生在支架单元与横向连接筋相连接的位置；适当延长支架卸载时间，可少量降低残余应力的值；不同尺寸的支架筋对支架的膨胀行为有较大的影响。通过疲劳寿命值进行了可靠度浅析，得到该支架在此设计寿命下，其实际的服役情况是安全可靠的。运用流体力学环境软件Fluent对冠脉血管内三维仿真血流模型进行计算浅析，分别进行了稳态和非稳态的计算，其中采取了一些关于血液流动特点的假设，如假设血液为牛顿流体等。以稳态计算结果中获得不同支架构型对血流动力学的影响，支架的植入会影响支架筋附近的血管壁面剪应力，支架筋附近有着流动停滞现象使得壁面产生低剪应力区域，观察到有涡流现象，壁面低剪应力更容易诱发再狭窄等动脉病变，所以在支架的设计应尽量减少支架植入后在血管壁产生的低剪应力区；非稳态计算中，即采取血流入口速度为脉动流，其模拟结果能真实的仿真血管内血流动力学特性，脉动流条件下，植入支架的血管内壁面剪应力及血液在血管内的速度随入口流速的周期性变化而变化。关键词：冠脉支架论文316L论文Pro/engineer论文有限元法论文疲劳寿命论文血流动力学论文
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Abstract6-11
第1章 绪论11-22

1.1 引言11-12

1.2 冠状动脉狭窄的介入治疗策略及器械12-15

1.2.1 动脉粥样硬化及其发病机制12-13

1.2.2 冠状动脉狭窄的介入治疗策略与器械13-15

1.3 冠状动脉支架的探讨近况15-20

1.3.1 冠脉支架的分类及特点15-18

1.3.2 冠脉支架设计特性18

1.3.3 有限元浅析技术在血管内支架设计中的运用18-20

1.4 本论文探讨目的和主要探讨内容20-22

第2章 冠脉支架的设计及其力学性能的数值浅析22-41

2.1 支架力学行为模拟历程的有限元法的基本论述22-26

2.

1.1 有限元法概述22-23

2.

1.2 有限元软件介绍23-24

2.

1.3 非线性有限元浅析在设计中的运用24-26

2.2 冠脉支架的结构设计浅析26-32

2.1 几何建模策略26-27

2.2 材料模型27-28

2.3 有限元模型28-29

2.4 定义单元属性及网格划分29-31

2.5 边界条件及求解制约31-32

2.3 冠脉支架力学性能有限元浅析32-40

2.3.1 径向回弹行为32-34

2.3.2 轴向回缩行为34-35

2.3.3 残余应力35-36

2.3.4 厚度对膨胀行为的影响36-37

2.3.5 柔顺度37-40

2.4 本章小结40-41

第3章 冠脉支架疲劳寿命计算41-56

3.1 冠脉支架疲劳强度的基本论述41-42

3.

1.1 疲劳破坏的含义41

3.

1.2 材料的疲劳特性41-42

3.2 疲劳浅析软件 ANSYS/Fe-safe 的介绍42-43
3.

2.1 Fe-safe 软件论文导读：

在冠脉支架疲劳寿命计算中的运用42-43

3.

2.2 材料数据库管理系统43

3 应力加载43-45

3.1 冠脉支架内壁膨胀压加载43-44

3.2 周期循环脉动压加载44-45

3.4 疲劳浅析45-52

3.4.1 模型论述45-46

3.4.2 冠脉支架疲劳寿命计算46-49

3.4.3 冠脉支架疲劳寿命的影响因素49-52

3.5 冠脉支架疲劳寿命可靠性浅析52-54

3.6 本章小结54-56

第4章 植入支架的冠状动脉内血流动力学浅析56-70

4.1 计算流体力学的基本论述56-57

4.

1.1 计算流体力学的概念56-57

4.

1.2 计算流体力学在冠状动脉支架浅析中的运用57

4.2 植入支架的冠状动脉内血流动力学数值模拟策略57-62
4.

2.1 模型的建立57-61

4.

2.2 边界条件的设定61-62

4.3 数值模拟结果与浅析62-69
4.

3.1 冠脉支架壁厚对血流的影响62-64

4.

3.2 冠脉支架连接单元数目对血流的影响64-65

4.

3.3 冠脉支架连接筋花样对血流的影响65

4.

3.4 网格密度对计算结果的影响65-66

4.

3.5 血液流动方式对血流动力学计算结果的影响66-69

4.4 本章小结69-70
结论70-71
参考文献71-79
致谢79