基于ANSYS的生物瓣膜流固耦合力學(xué)性能分析.pdf

1、心臟為人體血液提供源源不斷的動(dòng)力，一旦其瓣膜發(fā)生病癥，將會(huì)危及人的生命安全。瓣膜置換是治療風(fēng)濕性心臟瓣膜病的主要手段。目前應(yīng)用于臨床的瓣膜主要分為機(jī)械瓣和生物瓣。生物瓣具有優(yōu)良的血流動(dòng)力學(xué)性能、不需要終生抗凝、血栓發(fā)生堵塞率低以及與心臟瓣膜有關(guān)的并發(fā)癥發(fā)生少等優(yōu)異性，使其在治療心臟瓣膜病占有率上呈逐年上升的趨勢(shì)。然而，由于瓣葉的形態(tài)、瓣膜材料以及血液的流動(dòng)狀態(tài)等因素，使得瓣膜易產(chǎn)生組織鈣化、瓣葉撕裂等失效方式，不能夠滿足臨床上對(duì)生物瓣膜

2、壽命的較高期望。機(jī)械應(yīng)力是造成生物瓣膜鈣化和瓣葉撕裂的主要原因，設(shè)計(jì)并研制出性能優(yōu)良、耐久性的生物瓣膜是國(guó)內(nèi)外亟待解決的問題。
　　論文首先以薄膜殼理論和心瓣流體力學(xué)理論為依據(jù)，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件PRO/E設(shè)計(jì)出橢球型面生物瓣膜模型。依據(jù)臨床數(shù)據(jù)構(gòu)建出動(dòng)脈壁模型，然后利用ANSYS/WORKBENCH得到生物瓣膜與血液的流固耦合模型?；谘芰W(xué)和心臟力學(xué)，用ALE法推導(dǎo)出瓣葉與血液耦合的基本框架、原理與耦合方程，給出了ALE

3、法在生物瓣膜流固耦合分析的上的可行性以及重要性。為了使模型的受力情況更接近真實(shí)環(huán)境，采用了臨床上生理相關(guān)參數(shù)。最后，應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS/WORKBENCH對(duì)所建模型進(jìn)行有限元分析，得出應(yīng)力分布結(jié)果，分別比較幾種不同參數(shù)對(duì)生物瓣膜力學(xué)性能的影響。
　　通過對(duì)生物瓣膜力學(xué)性能的分析，可以看出，生物瓣膜在工作情況下，其瓣葉上所受的最大等效應(yīng)力和應(yīng)力集中出現(xiàn)在瓣葉與瓣架的縫合區(qū)域，這與臨床資料顯示的瓣葉容易主要發(fā)生撕裂和組織鈣化

4、的病變區(qū)域是相符的。通過不同的生物瓣膜瓣葉泊松比對(duì)生物瓣膜力學(xué)性能的分析，當(dāng)泊松比為0.3時(shí)，其瓣葉上各項(xiàng)主要參數(shù)都要優(yōu)異與所選擇的其它組對(duì)照數(shù)據(jù)，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能較優(yōu)。分析不同的彈性模量對(duì)生物瓣膜的力學(xué)性能顯示，當(dāng)生物瓣膜材料的彈性模量選擇為1500Pa時(shí)，其動(dòng)態(tài)力學(xué)各項(xiàng)性能較優(yōu)?？紤]瓣葉不同厚度對(duì)生物瓣膜力學(xué)性能的分析顯示，當(dāng)瓣葉的厚度為0.54mm時(shí)，其瓣葉各項(xiàng)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能較優(yōu)。分析血液入口速度對(duì)生物瓣膜力學(xué)性能影響時(shí)，當(dāng)入口速度為

5、1m/s時(shí)，瓣葉上各項(xiàng)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能較優(yōu)，其更好的滿足了臨床上的要求。通過對(duì)生物瓣膜的流固耦合動(dòng)態(tài)分析，得到了不同參數(shù)對(duì)生物瓣膜力學(xué)性能影響，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化生物瓣膜，提高生物瓣膜耐久性提供重要的基礎(chǔ)。
　　本文使用有限元方法對(duì)生物瓣膜的流固耦合動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行分析，所得到的瓣葉在血液的載荷作用下的應(yīng)力分布更加真實(shí)，是瓣膜設(shè)計(jì)和分析的重要嘗試，為瓣葉的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和加工提供了重要的參考和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)評(píng)估生物瓣膜的壽命和撕裂有著重要的指導(dǎo)意