介紹：藥物置于氣囊中，達(dá)到指定位置后藥物釋放，膨脹撐起支架，致使支架發(fā)生塑性變形，氣囊釋放完后回縮。支架但由于塑性形變的產(chǎn)生，自身撐起血管，使血管直徑變大，即可達(dá)到使血液更好流通的目的。

1 仿真計(jì)算流程

本次仿真計(jì)算流程如下：

（1）依據(jù)所提供參數(shù)，建立各部件的三維模型（于CATIA中完成）；

（2）完成各部件的網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行裝配（于HYPERMESH中完成）；

（3）保存各部件的INP文件，導(dǎo)入ABAQUS中進(jìn)行有限元分析；

（4）獲取有限元分析結(jié)果，并對所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行后處理；

（5）完成報(bào)告的撰寫。

2有限元模型的建立

2.1血管支架有限元模型的建立

血管支架二維模型簡圖如圖2-1所示。

                   

圖2-1 血管支架三維模型簡圖

圖中參數(shù)說明如下：

Rstent=0.75；Lstent=8.0；hc=0.9；dH=2π*Rstent/Ny  (Ny=12)；P1=0.25       P2=0.5；Wstrut=0.1；Tstrut=0.1 (也就是大S形狀矩形截面的長寬，小S形狀的為Wstrut一半，Tstrut一樣大)

按照以上參數(shù)在CATIA中建立支架模型，如圖2-2所示。由于模型為軸對稱模型，因此建模時(shí)只需要建立一部分，劃分網(wǎng)格后通過鏡像、對稱等操作即可獲得整個(gè)支架完整的有限元模型，網(wǎng)格劃分在HYPERMESH中完成，如圖2-3.

圖2-2 血管支架實(shí)體模型

圖2-3 血管支架有限元模型

模型全部為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計(jì)99390個(gè)單元，130176個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.2氣囊有限元模型的建立

氣囊三維模型參數(shù)為，長度為10mm，直徑為1.6mm，厚度為0.02mm。三維及有限元模型如圖2-4。

 

 

圖2-4 氣囊三維模型及有限元模型

模型中為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計(jì)2048個(gè)單元，4092個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.3血小板有限元模型的建立

血管中堆積血小板，血小板直接與支架接觸。其三維模型與有限元模型如圖2-5 

 

圖2-5 血小板三維模型及有限元模型

模型中為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計(jì)2700個(gè)單元，3720個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.4血管有限元模型的建立

依據(jù)《11Geometryparameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronarystents》，將血管考慮為三層，內(nèi)膜、血管中層、外膜，每一層具有不同的物理參數(shù)。其三維模型與有限元模型如圖2-6.

  

圖2-6 血管三維模型及有限元模型

模型中為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計(jì)3600個(gè)單元，5518個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.5整體裝配模型

整體裝配模型如圖2-7所示。

圖2-7 整體裝配模型

3 仿真計(jì)算設(shè)置

在HYPERMESH中將裝配模型各部分保存為不同的INP文件，導(dǎo)入有限元分析軟件ABAQUS中，進(jìn)行組裝。各部分模型分別保存的原因是導(dǎo)入ABAQUS后，方便對各接觸面施加接觸。

3.1各部分材料參數(shù)的指定

模型中共計(jì)有6種不同的材料，詳細(xì)情況如表3-1.

表3-1 模型中各部分材料的指定

部件	材料	材料本構(gòu)模型	密度(t/mm3)	模量(MPa)	泊松比
氣囊	尼龍	線彈性	1.15e-9	920	0.4
支架	7075T6	線彈性	2.7e-9	69000	0.33
			本構(gòu)參數(shù)	C10	D1
血小板	X	Neo-Hookean	1.14e-9(密度)	0.03	1.667
			本構(gòu)參數(shù)	C10	C20	C30	C40	C50	C60
血管內(nèi)膜	X	超彈性（多項(xiàng)式）	1.15e-9(密度)	6.7e-3	0.54	-1.11	10.65	-7.27	1.63
血管中層	X	超彈性（多項(xiàng)式）	1.15e-9(密度)	6.52e-3	4.89e-2	9.26e-3	0.76	-0.43	8.69e-2
血管外膜	X	超彈性（多項(xiàng)式）	1.15e-9(密度)	8.27e-3	1.20e-2	0.52	-5.63	21.44	0.00

其中血小板及血管密度參數(shù)引自于《血管軟組織物理建模仿真》論文中；其余各項(xiàng)參數(shù)引自于《11Geometry parameterization andmultidisciplinary constrained optimization of coronary stents》。

3.2各接觸面的接觸設(shè)置

表3-2 各接觸面接觸設(shè)置

接觸面	接觸類型	約束方法	滑移方式	接觸算法
血管外膜-血管中層	TIE
血管中層-血管內(nèi)膜	TIE
血管內(nèi)膜-血小板	TIE
血小板-支架	Surface- Surface	罰剛度算法	有限滑移	法向硬接觸； 切向摩擦系數(shù)0.02
支架-氣囊	Surface- Surface	罰剛度算法	有限滑移	法向硬接觸； 切向摩擦系數(shù)0.02
血小板-氣囊	Surface- Surface	罰剛度算法	有限滑移	法向硬接觸； 切向摩擦系數(shù)0.02
氣囊外表面	Self-Contact	罰剛度算法	有限滑移	法向硬接觸； 切向摩擦系數(shù)0.02

3.3載荷及約束的設(shè)置

載荷設(shè)置

表3-3 載荷設(shè)置

作用時(shí)間	作用方式	作用位置	載荷大小
0-0.03s	pressure	氣囊內(nèi)表面	逐漸增至3.6MPa
0.03-0.05s	pressure	氣囊內(nèi)表面	維持3.6 MPa不變
0.05-0.06s	pressure	氣囊內(nèi)表面	從3.6MPa減至為0

在ABAQUS中采用光滑幅值加載曲線定義載荷。

約束設(shè)置

約束設(shè)置如圖3-1.

圖3-1 仿真模型約束設(shè)置

如圖對血管首尾兩端節(jié)點(diǎn)施加全約束，即約束所有自由度；另由于模型時(shí)對稱圖形，因此在模型中間截面上的節(jié)點(diǎn)不應(yīng)有軸向方向的位移，因此約束中間截面節(jié)點(diǎn)在Z向的位移為0。

以上設(shè)置完成后，在ABAQUS/EXPLICIT中計(jì)算，輸出包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變、接觸力、內(nèi)能、動能等參量。

來源：FESIM有限元分析