主動(dòng)脈弓固體有限元分析.pdf

1、本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“主動(dòng)脈弓夾層動(dòng)脈瘤的力學(xué)機(jī)制研究”中的一部分，主動(dòng)脈弓的位移變形和受力情況一直是醫(yī)學(xué)和生物力學(xué)中的研究熱點(diǎn)，但是迄今尚未很好解決，它同了解人體心血管系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及探討主動(dòng)脈夾層瘤等疾病形成和發(fā)展的力學(xué)機(jī)理有密切的聯(lián)系。因此研究主動(dòng)脈弓的位移變形和應(yīng)力應(yīng)變情況具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。鑒于主動(dòng)脈弓的高度復(fù)雜性，本文首先對(duì)主動(dòng)脈弓做出血管壁為線彈性；變形為小變形；等截面均勻圓管；血管中沒(méi)有殘余應(yīng)力；主動(dòng)脈

2、弓是在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的，具有軸對(duì)稱性等假設(shè)和簡(jiǎn)化。劃分網(wǎng)格時(shí)沿壁厚方向劃分了20層，并在此基礎(chǔ)上采用有限元方法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)比了兩種不同的約束方式，第一種約束方式是在肋間動(dòng)脈進(jìn)行了約束，第二種約束方式是不僅在肋間動(dòng)脈進(jìn)行了約束，而且在近心端進(jìn)行了Y方向的約束，其結(jié)果分別采用整體笛卡兒坐標(biāo)系、弧長(zhǎng)坐標(biāo)系、局部柱坐標(biāo)系。整體笛卡兒坐標(biāo)系建立在主動(dòng)脈弓的曲率中心。弧長(zhǎng)坐標(biāo)系建立在肋間動(dòng)脈，方向沿軸線指向近心端。沿弧長(zhǎng)方向分別截取了八個(gè)不

3、同的截面，在每個(gè)截面上建立局部坐標(biāo)系。分析比較了這8個(gè)不同截面上的整體位移，中心軸線位移，膨脹情況，應(yīng)力-應(yīng)變，剪應(yīng)力大小以及兩種約束方式。得出如下結(jié)果：整體位移在近心端最大；主動(dòng)脈弓的中心軸線在前、后側(cè)沒(méi)有位移變化，而在上、下側(cè)，直管段也沒(méi)有位移變化，僅是彎管端向上側(cè)偏離了，且偏離趨勢(shì)沿弧長(zhǎng)逐漸增大，到近心端偏離最大；主動(dòng)脈管壁內(nèi)側(cè)受均壓的情況下，直管段和彎管段都是均勻膨脹，膨脹后橫截面仍是圓；在直管段周向應(yīng)力大小相等，彎管段主動(dòng)脈弓

4、下側(cè)的周向應(yīng)力大于上側(cè)的周向應(yīng)力，而且內(nèi)壁的周向應(yīng)力比外壁的周向應(yīng)力大1.2倍；剪應(yīng)力與應(yīng)力相比很小，可以忽略不計(jì)；主動(dòng)脈弓在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，符合平面假設(shè)；第二種約束方式下產(chǎn)生的位移小于第一種約束方式下產(chǎn)生的位移，而產(chǎn)生的應(yīng)力值卻沒(méi)有相應(yīng)的增大，可認(rèn)為第二種約束方式好于第一種約束方式，更接近于真實(shí)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)主動(dòng)脈弓靜態(tài)的運(yùn)動(dòng)和變形參量的表達(dá)，為今后的流固耦合研究提供了有利的參考價(jià)值，為醫(yī)學(xué)上診斷動(dòng)脈夾層瘤提供一個(gè)有效方法。