Ansys  Workbench | 心血管支架模拟

概述

裸金属支架是用于扩张动脉粥样硬化血管及其他阻塞病变的有效装置（图1）。本仿真案例展示了如何使用适当的技术处理生物组织特性、动脉壁大变形以及支架与动脉壁之间的接触。

图1. 支架置入后增加血流的效应 ^[1]

目标

学习心血管支架模拟的工作流程

步骤

1. 在 Ansys Workbench 中创建静力学结构系统。定义动脉、斑块和支架的材料属性。动脉采用超弹性材料属性，支架和斑块采用线弹性材料属性。表1和表2给出了具体的材料属性。定义材料后导入几何模型。脊柱内植入物几何示例如图2所示。

表1. 线弹性材料属性

表2. 超弹性材料属性（单位：N/mm²）

2. 在 Ansys Mechanical 中对几何模型划分网格。支架采用梁单元划分网格。添加面网格划分和扫掠方法，以生成结构化网格（图3）。使用相对粗糙的网格以限制节点总数。

图2. 轴组装配几何示意图

图3. 几何模型的结构化网格

3. 定义分析设置和边界条件。模拟两阶段支架植入过程：

• 通过施加压力（球囊血管成形术）扩张动脉。使用接触步控制关闭支架与斑块之间的接触。
• 将压力降低至正常血压，并激活支架与斑块之间的接触。假设支架与斑块之间为无摩擦接触。

使用远程点耦合动脉和支架的两端。固定远程点的所有六个自由度，以避免刚体运动。

4. 运行模拟。斑块的变形和应力云图如图4和图5所示。

图4. 变形云图

图5. 应力云图

总结

本仿真展示了心血管支架植入建模的工作流程。动脉采用了超弹性材料属性。

参考文献

[1] ANSYS 技术演示指南

https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/16.2.3/en-us/help/ans_tec/tecstentintro.html

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