基于不同缝合密度非线性材料生物瓣膜力学性能分析
发布时间：2017-04-26 09:18
本文关键词：基于不同缝合密度非线性材料生物瓣膜力学性能分析，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：提高生物瓣膜的耐久性是人工生物瓣膜研究领域亟待解决的问题。近年来,计算机辅助设计技术已经逐步应用于生物瓣膜的研究,并成为设计性能优良的生物瓣膜的主要途径。生物瓣膜制作过程中,瓣叶的缝合密度对生物瓣膜的力学性能有着较大的影响。因此,对生物瓣膜瓣叶进行不同针数缝合密度下的动态力学性能分析是十分必要的。 论文以心瓣流体动力学及薄膜壳体理论为依据,根据仿生学原则,设计出了圆球面、椭球面、圆柱面及旋转抛物面四种型面的瓣叶,并运用Pro/E软件对四种型面瓣叶及动脉壁进行了实体建模,为不同缝合密度瓣叶的动力学分析提供了三维实体模型。将瓣叶的实体模型导入ANSYS/LS-DYNA软件中,对不同缝合针数的瓣叶进行动态力学性能分析,比较缝合密度对不同型面生物瓣膜动态力学性能的影响。将瓣叶模型与动脉壁模型导入ANSYS Workbench软件中,建立瓣叶的固体模型及血液的流体模型,进行生物瓣膜的流固耦合分析。 本文对圆球面、圆柱面、椭球面及旋转抛物面瓣叶在不同针数缝合密度下进行动态力学性能分析。分析结果表明,在瓣叶整个加载过程中,两片瓣叶与瓣架的缝合处都出现了应力集中现象,缝合密度对瓣叶缝合边顶部影响较大。圆球面、椭球面、圆柱面瓣叶都在50针缝合下具有较好的动态力学性能,而旋转抛物面瓣叶则与这三种型面瓣叶不同,其在70针缝合下具有较好的动态力学性能。圆球面和椭球面瓣叶模型在优化缝合针数下的动态力学性能优于圆柱面及旋转抛物面瓣叶模型。基于不同缝合密度的生物瓣膜力学性能分析为生物瓣膜的优化和制造、提高生物瓣膜的耐久性打下了基础。瓣叶的流固耦合分析更加真实地模拟了瓣叶开启的过程,使应力分析更加接近真实的情况,通过分析得到了瓣叶开启过程中的应力分布情况,为探究瓣叶的组织钙化及撕裂机理提供了可靠依据。
【关键词】：生物瓣膜 缝合密度 动力学分析 流固耦合
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.01;TP391.72
【目录】：
- 摘要11-12
- ABSTRACT12-14
- 缩略语14-15
- 第1章 绪论15-25
- 1.1 心脏瓣膜工作原理15-16
- 1.2 人工心脏瓣膜分类16-18
- 1.2.1 机械瓣16-17
- 1.2.2 生物瓣17-18
- 1.2.3 机械瓣与生物瓣的比较18
- 1.3 有限元法在生物力学中的应用18-20
- 1.4 人工心脏瓣膜国内外研究现状20-21
- 1.5 课题的研究意义21
- 1.6 课题的提出及研究内容21-23
- 1.6.1 课题的提出21-23
- 1.6.2 课题的研究内容23
- 1.7 本章小结23-25
- 第2章 生物瓣膜基础理论研究25-37
- 2.1 心瓣流体动力学25-27
- 2.1.1 心瓣流体动力学概述25
- 2.1.2 心瓣流体动力学参数概述25-27
- 2.2 薄膜壳体理论27-31
- 2.2.1 薄壳概述27-28
- 2.2.2 无矩壳体理论28-29
- 2.2.3 薄膜壳体的几何特性29
- 2.2.4 薄膜理论的基本方程29-31
- 2.3 心瓣流固耦合分析相关理论31-35
- 2.3.1 流固耦合理论概述31-32
- 2.3.2 血液流动的控制方程32-33
- 2.3.3 流固耦合模型相关理论分析33-35
- 2.4 本章小结35-37
- 第3章 生物瓣膜数字化造型37-45
- 3.1 计算机辅助设计在生物瓣膜建模中的应用37-38
- 3.2 生物瓣膜瓣架建模过程38-40
- 3.3 生物瓣膜建模原则及建模过程40-43
- 3.3.1 瓣膜瓣叶建模的原则40
- 3.3.2 四种旋转参考面瓣膜的参数模型40-43
- 3.4 生物瓣膜结构及空间装配43
- 3.5 动脉壁三维模型建立43-44
- 3.6 本章小结44-45
- 第4章 基于不同缝合密度生物瓣膜力学性能分析及瓣膜流固耦合分析45-73
- 4.1 ANSYS/LS-DYNA简介45-46
- 4.2 ANSYS/LS-DYNA程序分析基本步骤46-47
- 4.3 瓣叶模型单元类型及算法选择47-49
- 4.4 瓣叶模型转换及网格划分49
- 4.5 瓣叶约束条件及载荷施加49-51
- 4.5.1 生物瓣膜瓣叶材料属性49-50
- 4.5.2 边界条件及施加载荷50-51
- 4.6 不同缝合密度下瓣叶动态力学性能分析51-66
- 4.6.1 缝合密度对圆球面瓣叶动态力学性能影响分析52-55
- 4.6.2 缝合密度对圆柱面瓣叶动态力学性能影响分析55-59
- 4.6.3 缝合密度对椭球面瓣叶动态力学性能影响分析59-62
- 4.6.4 缝合密度对旋转抛物面瓣叶动态力学性能影响分析62-65
- 4.6.5 四种型面在优化缝合密度下力学性能的比较65-66
- 4.7 瓣膜的流固耦合分析66-71
- 4.7.1 ANSYS Workbench简介66
- 4.7.2 瓣膜流固耦合模型的建立66-69
- 4.7.3 耦合面的定义及边界条件的施加69-70
- 4.7.4 瓣膜流固耦合分析结果及讨论70-71
- 4.8 本章小结71-73
- 全文总结及展望73-75
- 参考文献75-81
- 致谢81-83
- 攻读硕士学位期间发表e笱趼畚募安斡胂钅
本文编号：328179
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