介绍：药物置于气囊中，达到指定位置后药物释放，膨胀撑起支架，致使支架发生塑性变形，气囊释放完后回缩。支架但由于塑性形变的产生，自身撑起血管，使血管直径变大，即可达到使血液更好流通的目的。

1 仿真计算流程

本次仿真计算流程如下：

（1）依据所提供参数，建立各部件的三维模型（于CATIA中完成）；

（2）完成各部件的网格划分，并进行装配（于HYPERMESH中完成）；

（3）保存各部件的INP文件，导入ABAQUS中进行有限元分析；

（4）获取有限元分析结果，并对所得数据结果进行后处理；

（5）完成报告的撰写。

2有限元模型的建立

2.1血管支架有限元模型的建立

血管支架二维模型简图如图2-1所示。

                   

图2-1 血管支架三维模型简图

图中参数说明如下：

Rstent=0.75；Lstent=8.0；hc=0.9；dH=2π*Rstent/Ny  (Ny=12)；P1=0.25       P2=0.5；Wstrut=0.1；Tstrut=0.1 (也就是大S形状矩形截面的长宽，小S形状的为Wstrut一半，Tstrut一样大)

按照以上参数在CATIA中建立支架模型，如图2-2所示。由于模型为轴对称模型，因此建模时只需要建立一部分，划分网格后通过镜像、对称等操作即可获得整个支架完整的有限元模型，网格划分在HYPERMESH中完成，如图2-3.

图2-2 血管支架实体模型

图2-3 血管支架有限元模型

模型全部为六面体单元，单元类型为C3D8R，共计99390个单元，130176个节点。

2.2气囊有限元模型的建立

气囊三维模型参数为，长度为10mm，直径为1.6mm，厚度为0.02mm。三维及有限元模型如图2-4。

 

 

图2-4 气囊三维模型及有限元模型

模型中为六面体单元，单元类型为C3D8R，共计2048个单元，4092个节点。

2.3血小板有限元模型的建立

血管中堆积血小板，血小板直接与支架接触。其三维模型与有限元模型如图2-5 

 

图2-5 血小板三维模型及有限元模型

模型中为六面体单元，单元类型为C3D8R，共计2700个单元，3720个节点。

2.4血管有限元模型的建立

依据《11Geometryparameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronarystents》，将血管考虑为三层，内膜、血管中层、外膜，每一层具有不同的物理参数。其三维模型与有限元模型如图2-6.

  

图2-6 血管三维模型及有限元模型

模型中为六面体单元，单元类型为C3D8R，共计3600个单元，5518个节点。

2.5整体装配模型

整体装配模型如图2-7所示。

图2-7 整体装配模型

3 仿真计算设置

在HYPERMESH中将装配模型各部分保存为不同的INP文件，导入有限元分析软件ABAQUS中，进行组装。各部分模型分别保存的原因是导入ABAQUS后，方便对各接触面施加接触。

3.1各部分材料参数的指定

模型中共计有6种不同的材料，详细情况如表3-1.

表3-1 模型中各部分材料的指定

部件	材料	材料本构模型	密度(t/mm3)	模量(MPa)	泊松比
气囊	尼龙	线弹性	1.15e-9	920	0.4
支架	7075T6	线弹性	2.7e-9	69000	0.33
			本构参数	C10	D1
血小板	X	Neo-Hookean	1.14e-9(密度)	0.03	1.667
			本构参数	C10	C20	C30	C40	C50	C60
血管内膜	X	超弹性（多项式）	1.15e-9(密度)	6.7e-3	0.54	-1.11	10.65	-7.27	1.63
血管中层	X	超弹性（多项式）	1.15e-9(密度)	6.52e-3	4.89e-2	9.26e-3	0.76	-0.43	8.69e-2
血管外膜	X	超弹性（多项式）	1.15e-9(密度)	8.27e-3	1.20e-2	0.52	-5.63	21.44	0.00

其中血小板及血管密度参数引自于《血管软组织物理建模仿真》论文中；其余各项参数引自于《11Geometry parameterization andmultidisciplinary constrained optimization of coronary stents》。

3.2各接触面的接触设置

表3-2 各接触面接触设置

接触面	接触类型	约束方法	滑移方式	接触算法
血管外膜-血管中层	TIE
血管中层-血管内膜	TIE
血管内膜-血小板	TIE
血小板-支架	Surface- Surface	罚刚度算法	有限滑移	法向硬接触； 切向摩擦系数0.02
支架-气囊	Surface- Surface	罚刚度算法	有限滑移	法向硬接触； 切向摩擦系数0.02
血小板-气囊	Surface- Surface	罚刚度算法	有限滑移	法向硬接触； 切向摩擦系数0.02
气囊外表面	Self-Contact	罚刚度算法	有限滑移	法向硬接触； 切向摩擦系数0.02

3.3载荷及约束的设置

载荷设置

表3-3 载荷设置

作用时间	作用方式	作用位置	载荷大小
0-0.03s	pressure	气囊内表面	逐渐增至3.6MPa
0.03-0.05s	pressure	气囊内表面	维持3.6 MPa不变
0.05-0.06s	pressure	气囊内表面	从3.6MPa减至为0

在ABAQUS中采用光滑幅值加载曲线定义载荷。

约束设置

约束设置如图3-1.

图3-1 仿真模型约束设置

如图对血管首尾两端节点施加全约束，即约束所有自由度；另由于模型时对称图形，因此在模型中间截面上的节点不应有轴向方向的位移，因此约束中间截面节点在Z向的位移为0。

以上设置完成后，在ABAQUS/EXPLICIT中计算，输出包括位移、应力、应变、接触力、内能、动能等参量。

来源：FESIM有限元分析