基于Abaqus的血管内支架疲劳强度分析

摘要

近年来，随着媒体频频爆出不锈钢支架在使用和植入过程中发现断裂的事件，这引起了越来越多的人关注支架的优化设计和疲劳强度方面的研究。研究者采用优化支架的结构和参数化设计来提高其疲劳强度，从而增加支架疲劳寿命以及避免疲劳断裂所带来的不良影响。
　　本文应用ABAQUS有限元分析软件，对不锈钢血管支架进行压握扩张及脉流载荷作用下的模拟分析，根据计算结果分析支撑体长度、宽度及圆弧曲率半径对支架最大等效应力应变和力学性能的影响规律，并使用Goodman准则评价支架在体内工作时的疲劳强度，从而揭示支撑体长度、宽度及圆弧曲率半径对其疲劳安全系数的影响规律。
　　研究结果表明：随着支撑体长度或圆弧曲率半径的增加，支架的径向回弹率有增加的趋势，而支架的轴向缩短率和扩张不均匀性有降低的趋势；随着支撑体宽度的增加，支架的径向回弹率有降低的趋势，而支架的轴向缩短率和扩张不均匀性有增加的趋势。在扩张过程中，支撑体长度与最大等效应力成反比；支撑体宽度与最大等效应力成正比；圆弧曲率半径与最大等效应力成反比。
　　将三种参数九个支架在脉流循环载荷作用下的平均应力和应力幅的点绘制到Goodman极限应力线图中，可以看出支架的所有节点均处于极限应力线下方，理论上说明这些支架在人体内工作时不会发生疲劳断裂。有限元结果显示：随着支撑体长度、宽度或圆弧曲率半径的增加，支架抵抗变形能力在增强，最大平均应力和应力幅有上升的趋势，疲劳强度有下降的趋势。在血管内的脉流循环载荷作用下，支撑体长度、宽度及圆弧曲率半径均与疲劳安全系数成反比关系，其中支撑体宽度对疲劳安全系数的影响最大，圆弧曲率半径次之，支撑体长度最小。
　　基于上述对支架疲劳强度的分析，有限元软件可以模拟血管支架在人体内的工作情况，初步得知支架在静态扩展和动态加载过程的应力分布状况，并以减小最大等效应力为目标，通过研究结构参数与其疲劳强度之间的关系，为支架的优化设计提供理论依据。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 血管内支架介入术的发展和现状

1.3 血管内支架的发展及分类

1.4 有限元方法介绍及应用

1.5 血管内支架的疲劳

1.6 本文的研究意义和研究内容

第二章 支架有限元模型及性能的评价

2.1 几何模型

2.2 材料模型

2.3 有限元模型

2.4 边界条件

2.5 载荷定义

2.6 分析步骤

2.7 支架力学性能和疲劳性能的评价

2.8 小结

第三章 支撑体长度对支架疲劳强度的影响

3.1 支架模型

3.2 有限元结果分析

3.3 小结

第四章 支撑体宽度对支架疲劳强度的影响

4.1 支架模型

4.2 有限元结果分析

4.3 小结

第五章 圆弧曲率半径对支架疲劳强度的影响

5.1 支架模型

5.2 有限元结果分析

5.3 小结

第六章 结 论

参考文献

致谢

作 者 简 介