动脉血管力学模型及损伤机制研究

发布时间：2017-08-26 21:29

  本文关键词：动脉血管力学模型及损伤机制研究

  更多相关文章： 本构模型 有限元 各向异性 动脉瘤 剪切损伤

【摘要】：脑出血是一种严重危害人类健康的疾病。从生物力学角度对动脉壁的力学行为进行深入的研究,能够在一定程度上解释相关疾病的病理机制,同时通过分析动脉瘤的破裂探讨动脉血管发生损伤的机理,这些工作对高血压脑致使动脉破裂的作用机制有一定的参考作用,以及对临床上动脉出血的诊断和治疗都具有非常重要的理论和现实意义。动脉维持着人体内正常的血液循环,对人体正常的生理活动起着重要作用。动脉的力学性质取决于组织中的胶原蛋白纤维,弹性蛋白纤维以及平滑肌组分的力学性质。纤维增强的各项异性超弹性模型(HGO)是基于应变能密度函数的力学模型,该模型能很好地描述动脉壁的各向异性、非线性、超弹性等性质。文章通过有限元方法模拟了HGO模型在动脉分层的轴向拉伸上的应用。通过分析应力应变和载荷-位移图,发现HGO模型能较为真实的反映动脉壁的力学性质,同时,病变动脉在力学性质上发生了变化。首先,基于动脉的HGO模型,通过Abaqus分析了囊状动脉瘤模型在脉动血压下的应力变化。研究发现动脉瘤受到的压力随血压的波动而发生变化。同时动脉瘤顶点附近受到的压力最大,同时随血压变化剧烈,该点为动脉瘤破裂的危险点。其次,通过剪切损伤模型分析了动脉瘤的破裂原理,详细介绍了剪切损伤模型是从单元损伤到损伤积累直至失效的过程。运用流固耦合分析的方法,分析了不同血压边界条件下,影响真性动脉瘤损伤失效过程的因素。发现血流速度和血压大小对动脉瘤的损伤失效过程有重要影响。最后,基于剪切损伤模型分析了球形动脉瘤从破裂萌发到完全破裂的过程。动脉瘤的破裂过程是从单元失效到失效单元扩张,导致相连的大片单元失效,结构模型应力发生突变,最后动脉部分组织失效的过程。综上所述,本文通过HGO模型和有限元方法分析了动脉的力学性质,探讨了动脉损伤失效的原理。这些工作为下一步研究动脉的出血机制提供了参考价值和研究思路。
【关键词】：本构模型 有限元 各向异性 动脉瘤 剪切损伤
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O346.5;R743.34
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 本课题研究背景8
• 1.2 研究意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-12
• 1.3.1 动脉血管9-11
• 1.3.2 动脉瘤11-12
• 1.3.3 动脉血管损伤12
• 1.4 本文研究的目的和研究内容12-15
• 1.4.1 本文研究的目的12-13
• 1.4.2 本文研究的主要内容13
• 1.4.3 本文的创新之处13-15
• 2 动脉壁各向异性超弹性力学模型15-28
• 2.1 动脉组织结构与力学性质15-16
• 2.1.1 动脉分层结构与作用15
• 2.1.2 动脉的力学性质15-16
• 2.2 动脉本构模型16-19
• 2.2.1 典型的动脉本构结构16-18
• 2.2.2 各向异性超弹性模型18-19
• 2.3 各向异性超弹性动脉数值模拟分析19-26
• 2.3.1 ABAQUS介绍19-20
• 2.3.2 材料参数的获取20-21
• 2.3.3 单元选择21-22
• 2.3.4 模型尺寸及材料设定22-24
• 2.3.5 载荷及边界条件24
• 2.3.6 结果分析24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 动脉瘤应力分析28-35
• 3.1 几何模型的建立28-29
• 3.1.1 CATIA介绍28
• 3.1.2 几何模型的建立28-29
• 3.2 ABAQUS数值计算29-34
• 3.2.1 模型网格的划分29-30
• 3.2.2 血压脉动载荷的施加30-31
• 3.2.3 计算结果与分析31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 动脉血管的损伤分析35-55
• 4.1 动脉血管的损伤模型35-37
• 4.2 真性动脉瘤的损伤分析37-47
• 4.2.1 真性动脉瘤模型的建立37-38
• 4.2.2 有限元模型的建立38-41
• 4.2.3 结果分析与讨论41-45
• 4.2.4 边界条件对真性动脉瘤破裂的影响45-47
• 4.3 球形直管旁瘤的损伤分析47-53
• 4.3.1 几何模型的建立47-49
• 4.3.2 有限元模型的建立49-50
• 4.3.3 计算结果分析50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 总结与展望55-57
• 5.1 全文总结55-56
• 5.2 工作展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-64
• 附录64
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录64

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本文编号：743057