镁合金冠脉支架柔顺性能的模拟研究

柔顺性是冠脉支架很重要的一个力学性能,它决定了支架的输送性及血管内支架的适应性。利用有限元法对6种不同结构的镁合金冠状动脉支架进行模拟分析,主要研究其不同连接体结构对支架柔顺性能的影响。结果显示,在压握状态下,不同连接体结构对支架柔顺性能影响较大,其中S型支架柔顺性较好,直杆L型支架柔顺性较差;在扩张状态下,连接体和支撑体个数相同时主要取决于连接体的结构;无论是在压握状态还是扩张状态下,有圆弧形的连接体的支架柔顺性要优于直杆形连接体的支架。关于支架柔顺性能的模拟结果,为今后镁合金冠脉支架的结构优化设计和临床选择起到了指导作用。     

血管内支架的疲劳强度的有限元模拟分析

为了揭示支架支撑体长度、宽度及圆弧曲率半径对其疲劳强度的影响规律,利用有限元法对不同结构参数的9种血管内支架进行动静态模拟分析,并用Goodman线图评价了支架的疲劳强度。结果显示,静态扩张过程中,随着支撑体长度或圆弧曲率半径的增加,支架所需的最大等效应力有减少的趋势,而随着支撑体宽度的增加,支架所需的最大等效应力有增加的趋势。动态加载过程中,支撑体长度、支撑体宽度及圆弧曲率半径均与疲劳安全系数成反比,其中支撑体宽度对疲劳安全系数的影响要比圆弧曲率半径和支撑体长度的影响较明显。关于支架疲劳强度的有限元分析结果,为支架的优化设计提供科学的理论依据。     

淀粉/PP基发泡缓冲包装材料动态冲击性能研究

目的 研究不同初始应变率和湿度条件下,淀粉/PP基发泡缓冲包装材料的动态冲击性能,并构建基于湿度及应变率的动态本构模型。方法 应用冲击试验机对淀粉/PP基发泡缓冲包装材料进行不同初始应变率及相对湿度下的动态冲击实验,得到其应力–应变曲线,并构建动态本构模型。结果 动态冲击下,材料的应变率效应较为明显,该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增加而增加。在相对湿度为50%的条件下,当应变为0.6时,随着初始应变率由30 s⁻¹分别增加至34.6、38.6 s⁻¹,材料的应力分别增加了36.1%和50.4%,能量吸收分别增加了25.8%、36.4%。该材料对环境湿度较为敏感,该材料动态冲击力学性能随着相对湿度的增加显著降低,在初始应变率为38.6 s⁻¹条件下,当应变为0.6时,随着相对湿度由50%增加到70%、90%,该材料的应力分别下降了9.7%和11.3%。另外,构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的动态冲击本构模型。结论 初始应变率与湿度对材料的缓冲性能有一定的影响。基于初始应变率和相对湿度的动态冲击本构模型,通过实验进行了验证,实验数据和本构模型一致性较好,该本构模型可用于预测该材料的动态冲击应力–应变曲线。     

不同扩张尺度对非对称椎动脉支架力学性能影响的研究

在临床治疗中,不同尺寸的狭窄血管所需要支架扩张的尺度也不同,而支架的扩张尺度对其力学性能有着重要影响。利用有限元方法仿真模拟分析了三款不同支架的体外扩张过程,主要研究了结构相同时不同扩张尺度对支架力学性能的影响。结果显示:随着支架扩张直径的增大,支架的最大等效应力、轴向短缩率、扩张不均匀性及柔顺性能呈递增趋势,支撑刚度和静安全系数呈递减趋势;支架的径向回弹主要受到其材料和结构影响,扩张尺度并不起决定性作用;通过与实验结果相比对,理论值与实验值结果吻合较好,误差在7%以内,验证了有限元模拟的准确性及合理性;利用动物实验对支架治疗效果进行验证,表明了支架的植入治疗是安全且有效的。综合考虑各因素影响,支架的治疗效果受支架扩张尺度的影响较大,这为临床治疗的顺利实施提供了良好的理论依据。     

室温多向压缩道次变形量对AZ80镁合金力学性能影响

目的 探明室温塑性变形对AZ80塑性、硬度及最大应力等力学性能的影响规律,为其成形工艺参数制定提供依据。方法 对挤压态AZ80镁合金均匀化处理后,在室温下控制道次变形量(0.05、0.075、0.1)及累积应变进行多向多道次压缩变形;利用力学试验机和维氏硬度计分析道次变形量与累积应变对其力学性能的影响。结果 在室温下,当AZ80镁合金单向压缩的真应变达到0.124时会发生开裂,通过小应变多向多道次压缩可以将累积应变至少提高至3.6以上。在道次变形量为0.05、0.075和0.1时,累积应变分别可达到7.5、6和3.7;在累积应变为3.6时,随着道次变形量的增加试样硬度(HV)分别达到94、110和121,较未变形试样硬度(70HV)分别提升了33%、57%和73%。结论 AZ80镁合金通过室温多向多道次压缩有利于改善材料塑性,提高力学性能。其塑性随着道次变形量的减小而提高,硬度和最大应力随道次变形量和累积应变的增加而升高,且道次变形量比累积应变对硬度和最大应力的影响更大。     

冠状动脉支架纵向柔顺性能有限元分析

纵向柔顺性是支架很重要的一个力学性能,它决定了支架能否被顺利地输送到病变部位并与血管相适应.主要目的就是利用有限元法来研究支架的设计参数对柔顺性能的影响.利用多点约束单元,在支架的简化模型上均匀地加栽弯矩使支架发生弯曲变形.结果显示,S型支架的柔顺性最好,L型支架的柔顺性最差;支架支撑体宽度和波形环曲率半径对柔顺性的影响甚微;增加支架连接杆的长度能够提高支架的柔顺性,但是,增加支架连接杆的宽度或者厚度会降低支架的柔顺性.因此,有限元法对支架力学行为分析具有很大的帮助,为支架的临床选择及优化设计提供了重要指导作用.     

狭窄血管内支架变形行为及力学性能模拟研究

狭窄率反映血管的堵塞程度,不同狭窄率对血管内支架力学性能的影响不同。利用有限元法对4种支架分别在30%,40%,50%的狭窄血管内进行力学性能模拟分析,研究狭窄率对支架变形行为和力学性能的影响。结果显示,狭窄率对支架的等效应力影响较小,而支架结构对血管内应力分布具有明显的影响,其中开环支架对血管内应力影响大于闭环支架;随着血管内狭窄率的升高,支架轴向缩短率呈减小的趋势、径向回弹率与扩张不均匀性呈增大的趋势,血管内等效应力具有增加的趋势;狭窄率对闭环支架径向回弹率与扩张不均匀性的影响比开环支架更显著。通过对狭窄率影响的分析,再现了不同堵塞程度血管对不同支架的影响,为支架的设计与植入提供理论依据。     

自膨胀支架几何参数对服役影响的有限元分析

自膨胀式血管支架的成功服役主要受制作材料和支架几何参数的影响。大波段Z型支架由于其实验室制作工艺简单、便于测试、有好的临床适用性,广泛用于实验分析和有限元分析中。本文主要运用有限元法,分析了自膨式Z型支架几何参数对其力学服役的影响。通过参数化模拟对照,发现增加顶端圆弧半径、增加支撑体长度、增加圆周V型个数均会减小支架径向抗力。但是支架超出血管的尺寸对径向抗力影响不大。对支架脉动受载及易疲劳区位置进行分析表明,支架在服役时,舒张压和收缩压下平均应变和交变应变分布不一致,最先发生疲劳的位置是支架顶端圆弧内侧,受力状态是压缩。     

个性化冠状动脉支架轴向缩短性能有限元分析

轴向缩短性是个性化冠脉支架很重要的一个力学性能,它决定了支架长度的选用及定位的精确度。以个性化冠脉支架为研究对象,利用有限元方法研究它的设计参数及膨胀直径对轴向缩短性的影响。结果显示,L型支架缩短性最好,M型支架缩短性最差;支架波形环高度和膨胀直径对轴向缩短性的影响比较显著,增加波形环高度能够降低支架缩短率,但是,增加支架的膨胀直径却会提高支架的缩短率;此外,支架的筋宽、筋厚、波形环曲率半径、连接杆长度对缩短性虽有一点影响,但影响甚微。因此,有限元法对个性化支架力学行为分析具有很大的帮助,为支架的临床选择及优化设计提供了重要指导作用。     

球囊扩张式冠脉支架扩张变形机理的数值方法研究

通过非线性有限元方法,建立了球囊扩张式冠脉支架自由扩张和狭窄血管体内扩张的数值计算模型。针对两种不同联接筋结构的冠脉支架,分析了S型和N型支架的自由扩张性能和介入狭窄血管后的体内扩张性能,研究了支架结构对血管组织机械损伤的影响机理。数值模拟结果表明,在自由扩张阶段,S型和N型支架变形均匀,两种支架的径向回弹率和轴向短缩率趋于一致,并且具有良好的扩张均匀性与一致性,有利于支架扩张狭窄血管和在血管内的精确定位。在体内扩张阶段,由于狭窄血管的约束作用,S型和N型支架的径向回弹率均高于自由扩张阶段,轴向短缩率均低于自由扩张阶段;但是S型支架介入狭窄血管后的径向回弹率和轴向短缩率略高于N型支架,引起了更低的血管应力水平和应力梯度,减少了血管组织的机械损伤,降低了支架介入术后的血管内再狭窄率。综上,提出的计算模型对于冠脉支架的生物力学性能评估、结构优化设计与介入术后的血管损伤评价提供了重要的理论依据。     

不锈钢冠脉支架耦合扩张变形生物力学性能的模拟研究

利用非线性有限元方法仿真模拟不锈钢(SUS-316L)3种不同结构冠脉支架动静态耦合扩张过程和生物力学性能。研究支架在压握收缩、自由扩张、卸载过程以及脉流循环变应力持续作用过程中有限元模型的网格划分、材料本构模型建立、边界条件、载荷定义和接触处理等关键技术。根据有限元计算结果得到了3种支架在耦合扩张过程中最大等效应力为807.9MPa,最大塑性应变为0.208;3种支架的轴向缩短率、径向反弹率、扩张不均匀性都在13%以内,静态安全系数1.3,动态安全系数1.1;并与实验测试数据进行分析比较,理论分析与体外扩张实验结果吻合较好,误差在7%以内,验证了有限元模拟的准确性和合理性。本文的模拟方法为冠脉支架的优化设计、新产品开发以及临床评估提供了科学的依据。     

大波段Z形镍钛自膨胀支架的植入压缩和脉动服役行为的有限元分析

超弹性镍钛合金支架在植入前的大幅度压缩和脉动受载过程对支架的安全性有重要影响。大幅度压缩会使支架局部产生较大的应变,当此应变超出了材料的应变极限时会使材料发生永久性变形。支架植入体内后,血管的脉动会使支架受到周期的压缩载荷,并形成疲劳循环。针对大波段Z形支架,运用有限元法分析了支架V形连接弧半径和支撑筋长度对支架压缩过程和脉动循环过程受力的影响。结果表明,支架在植入压缩和脉动服役时,V形连接弧内侧受压缩,外侧受拉伸;增加支架支撑体长度和连接弧半径均使支架的压缩应变减小并使其耐疲劳性增加。另外在评价支架安全性时,不仅要分析支架的长期耐疲劳性,也要考虑其在植入前大幅度压缩时的受力情况。     

SLM成形不同孔隙结构骨支架的仿真与实验研究

目的确定多孔骨骼支架的最佳结构及孔隙率。方法建立不同孔隙率、不同结构的18个多孔支架模型,通过有限元对多孔支架分别进行应力、应变模拟分析,通过选择性激光熔化(SLM)技术制备A,B,C这3种不同结构、孔隙率范围相近(65%～90%)、支架直径相同(300μm)的多孔316L支架。通过压缩试验、微观组织分析、X射线衍射试验(XRD)对不同多孔支架进行表面微观组织分析及力学性能研究。通过有限元模拟获得适用于人体皮质骨及松质骨的不同多孔支架结构及孔隙率。结果 A类结构孔隙率为90%的多孔骨骼支架弹性模量为7.5 GPa,抗压强度为11.62 MPa,与人体松质骨相吻合;B类结构孔隙率为80%的多孔骨骼支架弹性模量为18.9 GPa,抗压强度为127.01 MPa,与皮质骨相吻合。结论通过模拟及试验,确定了适用于不同骨骼部位的最佳结构及孔隙率,并且多孔结构有利于营养物质及血液的运输,保证了骨骼替代物的生物力学性能,有助于患者的康复。     

螺杆类型对玻纤增强液晶聚合物二次料流变及力学热学性能的影响

研究了挤出过程中螺杆类型的变化对玻纤增强液晶聚合物二次料(RLCP-6130)流变、力学、热学性能的影响。结果表明,采用长径比为30∶1、直径为30mm的单螺杆挤出,RLCP-6130的流变和热性能下降幅度最低,玻纤平均长度和力学性能下降幅度分别低于8.4%和7.6%。随着单螺杆长径比和直径的增加,复合材料在挤出过程的停留时间加长,受到的剪切作用也增加,材料的玻纤平均长度、力学和热学性能下降幅度增加。RLCP-6130采用双螺杆(L/D=30,Φ=30mm)挤出时,玻纤平均长度和力学性能下降幅度分别超过50%和21%,剪切黏度和热学性能也出现最大幅度的降低。     

冠脉血管支架介入耦合系统力学行为数值模拟研究

针对冠脉支架植入术后引起的血管内再狭窄问题,开展了冠脉支架介入耦合系统力学行为的数值模拟研究。基于Ogden非线性弹性理论,构建了冠脉血管和动脉粥样硬化斑块的超弹性本构模型。通过非线性有限元法,建立了冠脉支架与狭窄血管的耦合作用模型,研究了冠脉支架在经历压握收缩、压握卸载、球囊扩张与球囊收缩等介入过程后的体内扩张性能,分析了冠脉支架的介入对狭窄血管损伤及再狭窄的力学影响因素。对比分析了S型支架和N型支架介入后狭窄冠脉血管的生物力学响应,数值计算结果表明:狭窄冠脉血管在支架支撑体波峰处存在较高的应力梯度,而且由于2种支架联接筋结构的类似性,血管内膜与斑块的应力分布规律一致。但是,N型支架的径向回弹率与轴向短缩率均小于S型支架,导致了更高的狭窄血管壁面峰值应力和应力梯度,更易于引起冠脉血管损伤造成血管内再狭窄。综上,该文提出的冠脉支架介入耦合系统力学模型,对于优化支架结构、抑制冠脉血管再狭窄问题,提供了重要的理论依据和临床参考。     

循环压缩和冲击下聚氨酯发泡塑料的能量吸收

基于聚氨酯发泡塑料的准静态压缩和落锤冲击试验,分析其在中低应变率下的力学性能和能量吸收性能,得到了该材料的应力-应变曲线和能量吸收图,研究了不同应变率和循环静动态试验对该材料缓冲性能的影响。随着初始应变率由2.56×10-3s-1(准静态)增加至4.01×101s-1、5.08×101s-1和5.68×101s-1,材料的应力和能量吸收明显增大,应变为0.4时动态应力分别比静态应力增加了54.34%、79.35%和114.49%,所吸收的能量分别比静态增加了18.98%、30.09%和65.74%。对同一试样先后进行五次循环准静态压缩或落锤冲击试验,与首次试验相比第二、三、四、五次试验应力和能量吸收明显下降,应变为0.4时静态应力分别下降了18.48%、32.97%、36.59%和39.49%,动态应力分别下降了20.81%、28.48%、34.75%和34.75%,准静态压缩能量吸收分别下降了24.54%、37.50%、40.74%和43.52%,落锤冲击能量吸收分别下降了15.30%、24.20%、30.25%和30.96%。中低应变率下,聚氨酯发泡塑料的应变率效应十分明显,循环准静态压缩和落锤冲击效应同样十分明显。循环试验达到一定次数后,材料缓冲性能基本保持不变,可用此数据作为缓冲包装设计的依据。研究结果对于聚氨酯发泡塑料的合理缓冲包装设计有指导意义。     

AZ31镁合金热加工工艺对动态力学响应的影响EI北大核心

采用不同轧制退火工艺处理AZ31变形镁合金,采用分离式Hopkinson压杆测试了不同微观组织镁合金的动态力学性能,研究了组织结构与材料动态力学响应之间的关系,探讨了应变率效应。研究发现,分别经过5%,30%第三道次轧制以及250,350℃退火处理的镁合金晶粒尺寸差异较大。在应变率范围为1.2×103~2.4×103/s范围内,具有不同晶粒尺度的AZ31镁合金表现出各异的应变率强化效应。根据动态应力-应变曲线拟合了与动态屈服强度和动态抗压强度相对应的应变率硬化指数(m)和应变率效应因子(Rs)。发现晶粒尺寸不同的镁合金具有各异的应变率强化效应。m和Rs具有较强的相关性,30%轧制量的镁合金m和Rs均大于5%轧制量,250℃退火态的Rs最大,轧制未退火态次之,350℃退火态最小。     

激光冲击处理对AZ31B镁合金力学性能的影响

为了研究激光冲击处理对AZ31B镁合金力学性能的影响,采用波长为1054nm,脉冲宽度为15ns,脉冲能量为10J,光斑直径为3mm的YAG脉冲激光,对变形镁合金AZ31B薄板试样表面进行冲击处理。结果表明:根据优化的工艺参数,激光冲击处理能在AZ31B镁合金上制备出纳米结构表层,表面晶粒尺寸约为20nm;试样表面激光诱导的残余压应力高达-125MPa;激光冲击处理试样的抗拉强度提高了16.9%;屈服强度提高了16.3%;表面硬度提高了91.8%。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)观测激光冲击试样微观结构,并分析了力学性能提高的机理。     

初始缺陷对复合固体推进剂力学性能影响的数值研究

为了研究复合固体推进剂中初始缺陷对其力学性能的影响,基于分子动力学算法生成了复合固体推进剂的细观颗粒填充模型,在颗粒/基体界面处设置粘接单元,并引入双线型内聚力模型描述界面层的力学响应,基于ABAQUS有限元数值计算平台研究了颗粒破碎、初始界面脱粘及微孔洞这些初始缺陷对推进剂损伤力学性能的影响规律。通过比较仿真应力-应变曲线,发现初始缺陷的存在严重劣化了推进剂的力学性能,具体表现为拉伸强度降低了40%,初始模量降低了40%。研究指出,颗粒/基体界面粘接性能对推进剂力学性能的影响最为显著,提高界面粘接性能可以大幅提高推进剂的力学性能,研究可为改善复合固体推进剂的配方研制及生产工艺提供一定的指导。     

应变速率对AZ91D镁合金力学行为影响

本文通过静态拉伸试验机和高应变速率冲击拉伸试验装置,对AZ91D压铸镁合金分别进行了不同应变率下(10-4、10-2、300和1400s-1)拉伸力学性能的试验,获得了各应变速率下完整的应力-应变曲线.并通过扫描电镜对其拉伸断口进行分析.试验结果表明,其屈服应力(σs)、拉伸强度(σb)随着应变速率的增加而增加,失稳应变(εb)则随着应变速率的增加而有所减小;而弹性模量则对应变率不敏感.采用John-son-Cook材料模型描述AZ91D镁合金应变速率相关的应力应变本构模型,其拟合结果和实验结果基本相吻合.扫描电镜断口分析结果表明,动态和静态的断裂方式基本相同,都是以准解理断裂特征为主,局部区域伴有解理断裂;存在典型的缩松断裂形貌.