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《基于流固耦合的脑动脉瘤非连续生长过程的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国科学:物理学力学天文学2010年第40卷第8期:1018~1027《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAPhys,Mech&Astronwww.scichina.comphys.scichina.comSCIENCECHINAPRESS论文基于流固耦合的脑动脉瘤非连续生长过程的数值模拟①①*①①②马小奇,王跃社,于方俊,WANGGuoXiang①西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安710049;②美国Akron大学机械工程系,Akron,OH44325-3903,USA*联系人,E-mail:wangys@mail.xj
2、tu.edu.cn收稿日期:2009-12-02;接受日期:2010-03-18国家自然科学基金资助项目(批准号:50976088)摘要研究血液动力学因素在脑动脉瘤生长过程中的变化规律,可为从临床上更深入地了解脑动脉瘤的成病机理提供帮助.本文在考虑血液与血管壁之间流固耦合作用的基础上,建立了脑动脉瘤的非连续生长模型,并应用大型通用有限元软件ANSYS与大型流体力学软件CFX相结合对所建立的上述生长模型进行了定常流动计算与分析,获得了瘤体生长过程的血液动力学因素的作用机制和变化规律,为分析和研究动脉瘤的生长、破裂提供了新的理论参考和研究思路.模
3、拟结果表明:随着瘤体的生长,瘤体内逐渐形成涡流区,并且涡流区域逐渐扩大,强度逐渐变强;涡流形成时,血液在瘤壁下游发生了分流,分流点的位置随着生长过程的进行发生变化,而分流点两侧瘤壁承受相反方向的壁面剪切力;瘤壁内的VonMises应力在初始阶段内,不断减小,在生长的后期,逐渐增大;在整个生长过程中VonMises应力均呈现为在瘤颈部最大,顶部最小的分布规律;与此同时,瘤体在垂直于流动方向上的最大变形位置由起始的瘤顶处转移到瘤颈处,最后再回到瘤顶处.关键词脑动脉瘤,流固耦合,壁面剪切力,非连续生长PACS:83.80.Lz,47.63.-b,8
4、7.15.Aa1脑动脉瘤生长机理的研究现状得了一些初步结论,但仍有很多不足之处.流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生颅内动脉瘤是一种由于局部血管组织异常病变成的一门力学分支,它是研究变形固体在流场作用而产生的脑血管瘤样突起,以附着于动脉管上并与下的各种行为以及固体变形对流场影响这二者相互[1]其具有良好连通性的囊状为主.从20世纪50年代作用的一门学科.随着流固耦合力学的发展和成熟,开始,国内外学者已经就脑动脉瘤的形成及破裂机为研究动脉瘤形成及破裂机理提供了一条崭新的思理开展了大量的理论及实验研究,但受限于传统的路.这样能较好地分析血液和
5、血管壁的相互耦合作计算方法,将黏弹性的血管壁假设为刚性材料,忽略用,避免了以往单纯假设血管壁为刚性壁面、只单血液和血管壁之间的耦合作用等.以上研究虽然获纯考虑血液流动对血管壁的影响,而忽略血管壁的引用格式:马小奇,王跃社,于方俊,等.基于流固耦合的脑动脉瘤非连续生长过程的数值模拟.中国科学:物理学力学天文学,2010,40:1018~1027中国科学:物理学力学天文学2010年第40卷第8期变形反过来对血液流动的影响,从而使理论数值模何参数;U,P为数值计算的边界条件,从一块没有突起拟分析与实际动脉瘤内的流动情况更为接近,拓展的病变血管壁出发
6、,模拟动脉瘤的非连续生长过程.了人们对脑动脉瘤的研究思路和研究方法.目前为止,只有少数研究者对动脉瘤的流固耦表1颈内血管(ICA)生理参数合效应进行了计算.Valencia[2]将流固耦合方法计算项目符号数值的弹性血管模型与原有的刚性壁血管模型计算结果ICA的血管内径(mm)D4.4−1)ICA的血液进口脉动平均速度(msU0.36进行了对比,结果表明二者差异明显,弹性血管壁会血液出口压力(Pa)P12500显著地影响狭窄动脉的血流动力学计算结果.Li等−3)血液密度(kgmρ1056[3]人利用流固耦合的方法对不同动脉狭窄度下的血血管长度(
7、mm)L30[4]液动力学行为进行了预测.Chatziprodromou以及血管壁厚度(mm)T0.3Feng等人[5]利用流固耦合方法对脑动脉瘤的生长行血液黏度(Pas)μ0.0035[6]为进行了初步的的预测.DiMartino等人进行了脉动流条件下腹主动脉瘤的流固耦合分析计算,并首图1为本文构造的8个脑动脉瘤非连续生长几何次利用VonMises应力与腹主动脉瘤的平均强度进行模型,以动脉瘤口宽度(N)与瘤体高度(H)的比值(H/N)对照的方法,对一定条件下腹主动脉瘤的破裂行为作为表征瘤体体积和形状的参数,见表2.在模型的[7]进行了预测.
8、Scotti等人在层流条件下研究了瘤体比较过程中通过调节瘤体高度(H)来研究几何因素对不对称几何形状和血管壁厚度对血管壁动力学的影流场的影响.[8]响.Khalil
