狭窄动脉及血液脉动流的数值模拟研究

摘要

动脉粥样硬化作为常见的心血管疾病，其致病的成因和发展的机制一直是生物工程领域的热门课题之一。经过多年研究，动脉的局部血流动力学因素在粥样硬化斑块的发生和发展过程中起着重要的作用。因此，在探索动脉粥样硬化的发生发展机理并寻求有效诊疗手段的过程中，对病灶部位血流动力学环境的深入研究是必不可少的。论文就以下几个方面进行了研究： 1．对于弹性管壁的应力分布问题，在利用3参数应变能密度函数对实验数据进行拟合的基础上，比较了静脉管在移植前后周向应力分布的不同，说明了动脉压及残余应力对静脉管壁周向应力分布的影响。 2．关于三维锥形弯曲动脉内血流的脉动问题，通过相关软件及编程，利用有限元对其进行了数值模拟和可视化分析，并研究了动脉粥样硬化斑块在生成和发展过程中的血流动力学、管壁生物力学性能的变化规律。 3．针对以往二维动脉模型无法分析解决动脉的非对称狭窄状态的不足，在小锥度角假定下，以实验参数为基础对腹主动脉分岔内的血流进行了数值模拟，分别获得了动脉分岔在正常情况、对称狭窄及非对称狭窄下的血流动力学特性。 4．考虑反射波的影响，从血流动力学角度解析了三维动脉内血流及血管的耦合问题。在建立流固耦合数学模型的基础上，计算获得了血流速度及血管壁位移的分析表达式。通过对比考虑反射波前后的计算结果，分析讨论了血流的反射波及动脉的几何因素对血管壁位移及出现动脉硬化机率的影响。 经过验证及比较，论文的计算模拟结果与己有的计算及临床实验结果吻合良好，对很多生理现象做出了合理的解析。通过以上研究，在一定程度上弥补了当前对动脉局部狭窄问题研究的不足之处，为从事医学及生理研究的人员提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1简单历史回顾

1.2研究现状

1.3论文的研究目的和主要内容

第2章 弹性动脉壁的应力分布研究

2.1动脉管壁的结构、功能及分类

2.2弹性动脉管壁的非线性应力-应变关系

2.3 血管壁不同载荷状态的研究

2.3.1血管壁零应力状态的研究

2.3.2血管壁张开角的研究

2.3.3 非线弹性轴对称动脉的力学性质研究

2.4应力分布在血管壁重建中的作用

2.4.1残余应力的影响研究

2.4.2 高血压、高血流量及切应力的影响研究

2.5静脉管壁在移植前后的周向应力分布研究

2.5.1分析方法

2.5.2 参数拟合

2.5.3 结果分析及讨论

2.6本章小结

第3章 三维锥形动脉中脉动流的数值模拟研究

3.1脉动流的分析研究及基础理论

3.2动脉的局部狭窄对血流的影响

3.3动脉粥样硬化与血流的关系

3.4三维锥形弯曲动脉中脉动流的数值模拟研究

3.4.1几何模型

3.4.2 数学模型

3.4.3 有限元模型建立及求解

3.4.4结果分析及讨论

3.4.5 结论

3.5本章小结

第4章 非对称狭窄的动脉分岔流场的数值研究

4.1对称狭窄对血流的影响

4.2非对称狭窄对血流的影响

4.3非对称狭窄的锥形腹主动脉分岔流场的数值研究

4.3.1模型与方法

4.3.2计算结果及分析讨论

4.3.3 结论

4.4本章小结

第5章 基于反射波影响的分岔动脉中脉动流的数值研究

5.1动脉的几何因素对脉搏波传播的影响研究

5.2反射波对分岔动脉中脉动流的影响

5.2.1 髂动脉的几何模型

5.2.2 考虑反射波的压力方程

5.2.3结果分析

5.3考虑反射波影响的分岔动脉中脉动流的研究

5.3.1 耦合方程的建立及求解

5.3.2结果分析与讨论

5.3.3 结论

5.4本章小结

第6章总结及展望

6.1全文总结

6.2 工作展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢

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