人體主動(dòng)脈弓的非線性數(shù)值模型研究.pdf

1、主動(dòng)脈弓夾層瘤是一種嚴(yán)重威脅人類健康的疾病,它的發(fā)病機(jī)理與主動(dòng)脈弓所處的力學(xué)環(huán)境以及主動(dòng)脈血管壁本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān),因此探討主動(dòng)脈弓的力學(xué)性質(zhì)對(duì)于了解和治療這種疾病具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文使用數(shù)值模擬方法探討了不同約束、不同材料本構(gòu)關(guān)系下主動(dòng)脈弓模型的力學(xué)性質(zhì)。
　　 數(shù)值計(jì)算中把主動(dòng)脈弓簡化成一個(gè)由兩段直管和一段彎管組成的等截面厚壁圓管。血管壁的非線性屬性用擬合的指數(shù)函數(shù)本構(gòu)關(guān)系來設(shè)置。根據(jù)人體主動(dòng)脈弓的真實(shí)情況設(shè)置兩種

2、約束方式:第一種約束方式是把降主動(dòng)脈端部設(shè)成全約束,在升主動(dòng)脈端部設(shè)Z向約束;第二種約束方式是把降主動(dòng)脈端部固定,升主動(dòng)脈端部自由,并用半球?qū)⑵浞忾],半球內(nèi)施加內(nèi)壓。分析指數(shù)函數(shù)本構(gòu)關(guān)系下不同約束方式對(duì)主動(dòng)脈弓模型力學(xué)性質(zhì)的影響,得出如下結(jié)論:
　　 不同的約束對(duì)應(yīng)力水平的影響不大,但對(duì)應(yīng)力的分布有較大的影響,在彎管段處表現(xiàn)尤為明顯,出現(xiàn)內(nèi)壁應(yīng)力小而外壁應(yīng)力大的現(xiàn)象。不同約束模型的位移大小和分布具有明顯的差異,第一種約束下模型整

3、體向左下方移動(dòng);第二種約束下降主動(dòng)脈向右下方移動(dòng),主動(dòng)脈弓向右上方移動(dòng),升主動(dòng)脈向左上方移動(dòng),且第二種約束模型的位移比第一種大很多。第一種約束下模型各截面6點(diǎn)方向的伸長量小于9點(diǎn)方向,第二種約束下的情況與此相反。
　　 在此分析的基礎(chǔ)上,探討了不同的材料本構(gòu)(線性本構(gòu)、e指數(shù)函數(shù)本構(gòu)和M-R兩參數(shù)本構(gòu))對(duì)主動(dòng)脈弓力學(xué)性質(zhì)的影響,得出如下結(jié)論:
　　 小載荷條件下,指數(shù)函數(shù)本構(gòu)模型的應(yīng)力與線性本構(gòu)模型的較為接近;大載荷條件

4、下,指數(shù)函數(shù)本構(gòu)模型的應(yīng)力與M-R兩參數(shù)模型的較為接近。不論在何種載荷與約束下,指數(shù)函數(shù)本構(gòu)模型的位移量和變形量都與線性本構(gòu)模型的比較接近,遠(yuǎn)大于M-R兩參數(shù)模型。指數(shù)函數(shù)本構(gòu)模型的橢圓度居于另外兩種本構(gòu)模型之間,和M-R兩參數(shù)模型的更為接近。綜合比較起來,認(rèn)為指數(shù)函數(shù)本構(gòu)模型能較好地反映主動(dòng)脈弓的力學(xué)性質(zhì),指數(shù)本構(gòu)關(guān)系可以真實(shí)地反映主動(dòng)脈弓血管的材料屬性。
　　 本文較為全面地分析了不同約束與不同本構(gòu)關(guān)系下主動(dòng)脈弓的力學(xué)性質(zhì),