狭窄动脉流固耦合模型Ansys/CFX数值的有限元分析

摘要

建立动脉管壁/血液耦合模型,采用有限元法,利用ANSYS WORKBENCH和CFX相互结合的专用流固耦合算法Fluid Solid Interface实现结构分析和流体分析的单向耦合计算和双向耦合计算,在给定脉冲压下条件下模拟出弹性管壁和刚性管壁剪应力分布和变形情况,并且进行比较。由瞬态动力流固耦合模拟中所知,在相同的边界条件和一定的脉冲压下,刚性管壁中,狭窄管段下游出现了流动分离区域,随着流场的延长,流场压力上升并且稳定,弹性血管内的壁面剪应力,由于管壁的弹性,要比刚性管内的减小明显,但其位移比刚性管壁的位移要大,更加接近正常生理状况。刚性管壁无法对人体正常生理状态进行比较好的模拟,由其耦合计算所得的一些结论与实际情况差距较大。数值分析中将结构钢作为刚性管,所得变形量小到可以忽略不计,因此在实验中可将其作为理想化的刚性管。模拟所得刚性管壁剪应力较大,加速内皮细胞的损伤,促进动脉硬化,引起更大的剪应力,导致恶性循环。