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文檔簡介
1、心臟為人體血液提供源源不斷的動力,一旦其瓣膜發(fā)生病癥,將會危及人的生命安全。瓣膜置換是治療風(fēng)濕性心臟瓣膜病的主要手段。目前應(yīng)用于臨床的瓣膜主要分為機械瓣和生物瓣。生物瓣具有優(yōu)良的血流動力學(xué)性能、不需要終生抗凝、血栓發(fā)生堵塞率低以及與心臟瓣膜有關(guān)的并發(fā)癥發(fā)生少等優(yōu)異性,使其在治療心臟瓣膜病占有率上呈逐年上升的趨勢。然而,由于瓣葉的形態(tài)、瓣膜材料以及血液的流動狀態(tài)等因素,使得瓣膜易產(chǎn)生組織鈣化、瓣葉撕裂等失效方式,不能夠滿足臨床上對生物瓣膜
2、壽命的較高期望。機械應(yīng)力是造成生物瓣膜鈣化和瓣葉撕裂的主要原因,設(shè)計并研制出性能優(yōu)良、耐久性的生物瓣膜是國內(nèi)外亟待解決的問題。
論文首先以薄膜殼理論和心瓣流體力學(xué)理論為依據(jù),利用計算機輔助設(shè)計軟件PRO/E設(shè)計出橢球型面生物瓣膜模型。依據(jù)臨床數(shù)據(jù)構(gòu)建出動脈壁模型,然后利用ANSYS/WORKBENCH得到生物瓣膜與血液的流固耦合模型?;谘芰W(xué)和心臟力學(xué),用ALE法推導(dǎo)出瓣葉與血液耦合的基本框架、原理與耦合方程,給出了ALE
3、法在生物瓣膜流固耦合分析的上的可行性以及重要性。為了使模型的受力情況更接近真實環(huán)境,采用了臨床上生理相關(guān)參數(shù)。最后,應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS/WORKBENCH對所建模型進行有限元分析,得出應(yīng)力分布結(jié)果,分別比較幾種不同參數(shù)對生物瓣膜力學(xué)性能的影響。
通過對生物瓣膜力學(xué)性能的分析,可以看出,生物瓣膜在工作情況下,其瓣葉上所受的最大等效應(yīng)力和應(yīng)力集中出現(xiàn)在瓣葉與瓣架的縫合區(qū)域,這與臨床資料顯示的瓣葉容易主要發(fā)生撕裂和組織鈣化
4、的病變區(qū)域是相符的。通過不同的生物瓣膜瓣葉泊松比對生物瓣膜力學(xué)性能的分析,當(dāng)泊松比為0.3時,其瓣葉上各項主要參數(shù)都要優(yōu)異與所選擇的其它組對照數(shù)據(jù),其動態(tài)力學(xué)性能較優(yōu)。分析不同的彈性模量對生物瓣膜的力學(xué)性能顯示,當(dāng)生物瓣膜材料的彈性模量選擇為1500Pa時,其動態(tài)力學(xué)各項性能較優(yōu)??紤]瓣葉不同厚度對生物瓣膜力學(xué)性能的分析顯示,當(dāng)瓣葉的厚度為0.54mm時,其瓣葉各項動態(tài)力學(xué)性能較優(yōu)。分析血液入口速度對生物瓣膜力學(xué)性能影響時,當(dāng)入口速度為
5、1m/s時,瓣葉上各項動態(tài)力學(xué)性能較優(yōu),其更好的滿足了臨床上的要求。通過對生物瓣膜的流固耦合動態(tài)分析,得到了不同參數(shù)對生物瓣膜力學(xué)性能影響,為設(shè)計和優(yōu)化生物瓣膜,提高生物瓣膜耐久性提供重要的基礎(chǔ)。
本文使用有限元方法對生物瓣膜的流固耦合動態(tài)力學(xué)性能進行分析,所得到的瓣葉在血液的載荷作用下的應(yīng)力分布更加真實,是瓣膜設(shè)計和分析的重要嘗試,為瓣葉的設(shè)計、優(yōu)化和加工提供了重要的參考和實驗依據(jù),對評估生物瓣膜的壽命和撕裂有著重要的指導(dǎo)意
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