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安世亚太:冠脉支架扩张过程数值模拟方法研究
发表时间:2007-1-30 王跃轩;黄玉平;郭爱民   来源:e-works
关键字:冠脉支架 耦合扩张 数值模拟 体外实验 
支架植入术是一种新型的冠心病介入治疗方法。本文采用Pro/E-ANSYS-DYNA联合建模求解技术,研究了支架压握收缩、自由扩张和与血管接触的耦合扩张全过程有限元模拟中的几何建模、材料模型选取、网格划分、边界条件、载荷定义、接触处理和计算精度等求解控制关键技术;同时,在实验测试平台上对加工出的激光雕刻管状冠脉支架样件进行了实物扩张实验,结合支架扩张数值模拟分析了实验测试数据,作为对支架扩张数值模拟的补充和合理性的验证,为支架的优化设计及其扩张过程数值模拟提供有力的支持。

 

    3.2材料模型选取
 
    对于支架本体采用双线性等向强化弹塑性模型描述奥氏体316L医用不锈钢支架的材料;分析用球囊采用Johnson公司2.0mm规格的RAPTORRAIL球囊,其材料为聚亚安酯。对于血管的材料模型,将血管看成各向同性的弹性管,但是狭窄血管的弹性模型与泊松比根据国外最新研究成果[4]选取。综上所述,将支架、球囊和血管的材料模型汇总,如表2所示。

表2材料模型

    3.3网格划分方法

    由于球囊和血管本体的结构比较简单规则,故采用8节点六面体单元进行均匀的映射网格划分;由于支架结构复杂,适合采用10节点的四面体单元划分网格,考虑到支架波形环及其连接杆附近将是大变形的集中区域,因此在这些区域进行了网格细化;对于狭窄斑块,由于其表面不规则,而且斑块会在支架的挤压作用下发生大变形,为避免单元畸变而出现负体积问题而使计算终止,采用较密的10节点的四面体单元划分网格,整个耦合模型划分网格后如图5所示,其单元与节点详情如表3所示。


 
图5 划分网格后的耦合模型

表3 节点与单元

    3.4边界条件

    在对支架施加约束条件时,必须确保支架在发生大变形扩张整个过程中都是适合的,合理的约束条件是支架扩张变形模拟的关键之一。在建模时选笛卡儿坐标系的y轴为支架轴心,则支架的约束条件为:对支架上平行于yz平面和xy平面的所有节点施加对称约束,即位于该对称约束平面上的节点只能在该平面内运动,而不能沿垂直于该平面的方向运动;对支架轴向中心处的所有节点施加轴向y方向约束,即支架中心处所有节点只能沿径向运动,不能沿轴向y方向运动,而支架末端不施加约束,可沿径向和轴向自由伸缩,约束条件如图6所示。球囊和狭窄血管的约束条件与支架类似,有一点不同就是除在其对称面施加对称约束外,需要将球囊和血管本体的末端完全固定。


 
图6 约束条件

 
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责任编辑:陈沁