流体结构相互作用方法和有限元素方法方法之间的比较,以分析生物假体大动脉中传单的动
Matheus Carvalho Barbosa Costa1, Saulo de Freitas Gonçalves1, João Victor Curado Fleury2
1Graduate Program in Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, Universidade Federal de Minas Gerais, Avenida Presidente Antônio Carlos, 6627, 31270-901 Pampulha, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil.
Journal of biomechanics
|January 26, 2025
概括
流体结构相互作用 (FSI) 模拟提供了比单独使用有限元素方法 (FEM) 更准确的生物假体心脏 (BHV) 传单飞动态. FSI揭示了较低频率和更高幅度的振荡,这对于理解BHV耐用性至关重要.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算流体动力学的流体动力学.
- 心血管力学心血管力学
背景情况:
- 生物假体心脏门 (BHV) 具有有限的耐用性 (10-15年),通常与传单飞有关.
- 尽管它对结构损伤和化产生影响,但BHV中的叶片飞研究不足.
研究的目的:
- 用有限元法 (FEM) 和流体结构相互作用 (FSI) 技术来比较BHV的传单振荡特征.
- 为了评估FEM与FSI在预测BHV传单飞动态方面的准确性.
主要方法:
- 开发了BHV几何和简化流体域用于FEM和FSI模拟.
- 应用生理心室和大动脉压力,将BHV建模为不可压缩的超弹性物质,血液作为牛顿流体.
- 利用k-ω SST模拟流,并将模拟结果与体外数据进行比较.
主要成果:
- FSI方法与体外研究在排位和最大主应力方面表现出更好的一致性.
- FSI模拟显示,传单振动频率比FEM低12倍,振幅高50倍.
- 两种方法都发现了在 commissure 区域的高压力; FSI 显示了在传单腹部的压力度,与更均的 FEM 压力分布不同.
结论:
- 在精确模拟BHV传单飞动态方面,FSI优于FEM.
- 单独的FEM可能会导致关于因传单飞而导致疲劳加剧的不准确结论,因为它忽略了动态流体冲击.
