基于ANSYS-LS-DYNA的生物瓣膜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析.pdf

1、從工程力學(xué)角度講，心臟是人體血液循環(huán)的動(dòng)力裝置，而心臟瓣膜是能夠控制血液在心動(dòng)周期內(nèi)單向流動(dòng)的控制原件，一旦心臟瓣膜病變或損壞，將危及患者的生命安全。目前研究現(xiàn)狀顯示，除了采用藥物進(jìn)行輔助治療外，對(duì)患者進(jìn)行人工瓣膜置換手術(shù)是挽救病人生命的有效手段。人工心臟瓣膜主要有機(jī)械瓣膜和生物瓣膜兩種，相對(duì)于目前在臨床應(yīng)用上占主導(dǎo)地位的機(jī)械瓣膜，生物瓣膜具有的血流動(dòng)力學(xué)性能好、不必終生抗凝、血栓栓塞發(fā)生率低以及與瓣膜有關(guān)的并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)使其在應(yīng)用中的

2、比重逐年提高。然而，由于瓣葉機(jī)械應(yīng)力過大、聯(lián)合部位應(yīng)力集中等因素導(dǎo)致的瓣葉撕裂及鈣化使得其與人體天然心臟瓣膜仍有較大差距。因此，對(duì)生物瓣膜進(jìn)行力學(xué)性能的評(píng)價(jià)，提供可靠的生物瓣膜力學(xué)分析在設(shè)計(jì)和改進(jìn)生物瓣膜的研究中具有重要的意義和價(jià)值。
　　 將現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與技術(shù)應(yīng)用于生物瓣膜力的設(shè)計(jì)研究中，是設(shè)計(jì)性能優(yōu)良、耐久性好的生物瓣膜的有效途徑和方法。本文以薄膜殼理論和心瓣流體力學(xué)理論為依據(jù)，提出四種生物瓣膜數(shù)學(xué)模型（圓柱面、旋轉(zhuǎn)拋物面、

3、圓球面和橢球面）。利用CAD軟件PRO/E構(gòu)建生物瓣膜三維實(shí)體參數(shù)化模型，并根據(jù)由動(dòng)脈壓和心室壓繪制出的作用在瓣膜上的接近實(shí)際環(huán)境的動(dòng)態(tài)載荷曲線，在ANSYS/LS-DYNA中對(duì)瓣膜加載動(dòng)態(tài)沖擊載荷以進(jìn)行有限元分析，來模擬心臟舒張末期血液對(duì)瓣膜的沖擊效應(yīng)。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在動(dòng)態(tài)載荷的作用下，生物瓣膜模型的最大應(yīng)力和應(yīng)力集中出現(xiàn)在瓣葉與瓣架的縫合區(qū)域附近，與臨床資料顯示的組織鈣化和瓣葉撕裂區(qū)域相符；四種瓣型的生物瓣膜力學(xué)性能

4、分析顯示，圓球面和橢球面的生物瓣膜模型動(dòng)態(tài)力學(xué)性能優(yōu)于圓柱面和旋轉(zhuǎn)拋物面瓣型的生物瓣膜模型；對(duì)不同厚度的生物瓣膜模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析得出0.5mm厚的生物瓣膜模型動(dòng)態(tài)力學(xué)性能優(yōu)于0.4mm厚的生物瓣膜模型。
　　 通過有限元方法對(duì)生物瓣膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析，所得到的瓣葉在動(dòng)態(tài)載荷下的應(yīng)力分布更加接近真實(shí)情況，是瓣膜設(shè)計(jì)工作的有益嘗試，這為設(shè)計(jì)和優(yōu)化生物瓣膜，提高其耐久性提供重要參考和依據(jù)，對(duì)生物瓣膜的研制、加工和性能評(píng)估工