热致形状记忆聚合物血管支架有限元分析

发布时间：2017-09-27 13:10

  本文关键词：热致形状记忆聚合物血管支架有限元分析

  更多相关文章： 形状记忆聚合物 玻璃型形状记忆聚合物 结晶型形状记忆聚合物 本构模型 血管支架 有限元模拟

【摘要】：形状记忆聚合物(SMP)作为新型智能材料,由于其独特的形状记忆效应,具有广阔的应用前景。自膨胀型形状记忆聚合物血管支架是形状记忆聚合物在医学领域的重要应用,但是由于血管支架本身形状和服役环境的复杂性,使得常规方法对支架的优化设计非常困难。通过有限元方法可以方便地对血管支架介入血管的过程进行仿真模拟,通过改变几何参数和材料参数,讨论不同设计方案之间的优劣,实现对支架的优化设计。本文的主要工作如下：1)基于粘弹性高分子理论和时温等效原理,建立能更准确描述玻璃型热致形状记忆聚合物形状记忆行为的时温等效方程；对玻璃型热致形状记忆聚合物的形状记忆过程进行模拟,通过与Tobushi等进行的形状记忆实验结果的对比表明：改进后的本构模型对加载、降温和卸载三步的模拟效果很好,但在自由回复阶段,该本构模型未考虑不可恢复应变。2)对Barot本构模型中的结晶度演化方程进行了合理简化,对Kim等的形状记忆实验结果进行了预测。结果表明：简化后的本构模型对形状记忆过程模拟的整体效果很好；当最大加载应变较小时,对应力-应变曲线的趋势模拟不够准确；随着最大加载应变的增大,对应力-应变曲线的趋势模拟越来越准确；随着最大加载应变的增加,对应力的模拟误差逐渐增大；对低温下临时固定的应变的模拟,随着最大加载应变的增大,准确度逐渐降低；升温后,该本构模型未考虑不可恢复应变。3)建立玻璃型热致形状记忆聚合物血管支架有限元模型,模拟了血管支架介入血管的热力学过程,讨论血管支架厚度对支架支撑性能的影响。结果表明：支架厚度会影响支架对血管的支撑效果：厚度太薄支架容易发生变形失稳,减弱支架的支撑能力；随着支架厚度的增加,撑开形状越均匀,越不容易发生变形失稳,支撑效果越好；支架的柔顺性则随着厚度的增加而降低。因此,支架的厚度选择要适中,这样可兼顾撑开性能和柔顺性能。4)建立结晶型热致SMP血管支架有限元模型,模拟血管支架介入血管的热力学过程。讨论血管支架的材料参数对支架支撑性能的影响。结果表明：血管径向撑开位移与可逆相模量和结晶度没有关系,而随着固定相模量的增大而增大：支架的临时形状固定能力随着固定相模量的增大而减小,随着可逆相的模量和结晶度的增大而增大。由此得出,更大的固定相模量,更大的可逆相和固定相模量的相对比值和更高的结晶度会使得支架介入血管过程的治疗效果更佳。
【关键词】：形状记忆聚合物 玻璃型形状记忆聚合物 结晶型形状记忆聚合物 本构模型 血管支架 有限元模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.11;TB381
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 形状记忆聚合物概述12-15
• 1.2.1 形状记忆聚合物的分类12
• 1.2.2 形状记忆行为12-14
• 1.2.3 形状记忆机理14-15
• 1.3 热致形状记忆聚合物本构模型研究现状15-16
• 1.3.1 宏观力学本构模型15
• 1.3.2 细观力学本构模型15-16
• 1.3.3 多尺度本构模型16
• 1.4 血管支架研究现状16-19
• 1.4.1 血管支架介入术的起源与发展16-17
• 1.4.2 血管支架的分类17-19
• 1.4.3 有限元方法在血管支架研究中的应用19
• 1.5 已有研究工作的不足19
• 1.6 本文的主要工作19-21
• 第2章 大变形热致SMP本构模型及其有限元验证21-46
• 2.1 热致SMP本构模型21-29
• 2.1.1 玻璃型热致SMP本构模型21-24
• 2.1.2 结晶型热致SMP本构模型24-29
• 2.2 热致SMP本构模型有限元实现29-35
• 2.2.1 玻璃型热致SMP本构模型的有限元实现29-32
• 2.2.2 结晶型热致SMP本构模型的有限元实现32-35
• 2.3 有限元验证35-44
• 2.3.1 几何模型35
• 2.3.2 材料参数35-38
• 2.3.3 形状记忆载荷步38-39
• 2.3.4 边界条件和载荷39
• 2.3.5 参数分析和讨论39-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第3章 玻璃型热致SMP血管支架有限元模拟46-64
• 3.1 血管支架有限元模拟简介46-47
• 3.1.1 血管支架有限元分析的优势46
• 3.1.2 热致SMP血管支架热力学行为描述46-47
• 3.2 玻璃型热致SMP血管支架植入过程有限元模拟47-63
• 3.2.1 几何模型47-49
• 3.2.2 血管支架本构模型和材料参数49
• 3.2.3 血管本构模型和材料参数49-51
• 3.2.4 血管支架介入血管过程加载步设置51
• 3.2.5 血管支架与血管之间的接触设置51
• 3.2.6 边界条件和载荷51-53
• 3.2.7 血管支架介入血管过程模拟和分析53-57
• 3.2.8 血管支架几何参数对介入过程的影响分析57-63
• 3.3 本章小结63-64
• 第4章 结晶型热致SMP血管支架有限元模拟64-76
• 4.1 结晶型热致SMP血管支架有限元模拟简介64-65
• 4.1.1 结晶型热致SMP血管支架变形行为特点64
• 4.1.2 不同类型热致SMP血管支架对比分析64-65
• 4.2 结晶型热致SMP血管支架植入过程有限元模拟65-75
• 4.2.1 几何模型和材料参数65
• 4.2.2 血管支架介入血管过程加载步设置65-66
• 4.2.3 接触、边界条件和载荷66
• 4.2.4 血管支架介入血管过程模拟66-70
• 4.2.5 血管支架材料参数对介入过程的影响分析70-75
• 4.3 本章小结75-76
• 结论76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86

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本文编号：929863