主動脈弓固體有限元分析.pdf

1、本課題是國家自然科學基金項目“主動脈弓夾層動脈瘤的力學機制研究”中的一部分，主動脈弓的位移變形和受力情況一直是醫(yī)學和生物力學中的研究熱點，但是迄今尚未很好解決，它同了解人體心血管系統(tǒng)運動規(guī)律以及探討主動脈夾層瘤等疾病形成和發(fā)展的力學機理有密切的聯(lián)系。因此研究主動脈弓的位移變形和應力應變情況具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。鑒于主動脈弓的高度復雜性，本文首先對主動脈弓做出血管壁為線彈性；變形為小變形；等截面均勻圓管；血管中沒有殘余應力；主動脈

2、弓是在一個平面內(nèi)運動的，具有軸對稱性等假設和簡化。劃分網(wǎng)格時沿壁厚方向劃分了20層，并在此基礎上采用有限元方法進行數(shù)值模擬計算，對比了兩種不同的約束方式，第一種約束方式是在肋間動脈進行了約束，第二種約束方式是不僅在肋間動脈進行了約束，而且在近心端進行了Y方向的約束，其結果分別采用整體笛卡兒坐標系、弧長坐標系、局部柱坐標系。整體笛卡兒坐標系建立在主動脈弓的曲率中心。弧長坐標系建立在肋間動脈，方向沿軸線指向近心端。沿弧長方向分別截取了八個不

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

4、下側的周向應力大于上側的周向應力，而且內(nèi)壁的周向應力比外壁的周向應力大1.2倍；剪應力與應力相比很小，可以忽略不計；主動脈弓在一個平面內(nèi)運動，符合平面假設；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)生的應力值卻沒有相應的增大，可認為第二種約束方式好于第一種約束方式，更接近于真實狀態(tài)。實現(xiàn)了對主動脈弓靜態(tài)的運動和變形參量的表達，為今后的流固耦合研究提供了有利的參考價值，為醫(yī)學上診斷動脈夾層瘤提供一個有效方法。