钴铬合金靶向药物洗脱支架疲劳强度的有限元分析

药物洗脱支架(drug eluting stent,DES)植入血管后的疲劳性能,对冠状动脉支架植入术的成功有着重要影响。利用有限元方法分析支架在使用过程中的应力分布,通过绘制Goodman曲线图分析支架的疲劳强度,并通过计算支架的安全系数来反应支架的安全性。分析发现,支架变形过程中的大应力分布区始终位于支撑体的圆弧部位。Ⅰ型支架和Ⅱ型支架的所有特征点在Goodman曲线图中均位于疲劳极限以下,不会造成支架在使用过程中的疲劳失效。此外,支架的安全系数与支架槽的长、宽、高均成负相关。该分析可为支架的设计提供参考依据。     

不同释放程度下下肢动脉支架的疲劳强度及寿命预测

目的 探究释放程度和支架结构对支架疲劳寿命的影响。方法 利用有限元法分析3款镍钛合金下肢动脉支架（Complete SE、E–luminexx–B和Pulsar–35）在脉动载荷作用下的力学性能,基于疲劳应变理论评估支架的疲劳强度,使用Fe–safe和Abaqus软件预测支架在不同释放程度（80%、85%、90%）下的疲劳寿命及安全性。应用Origin软件对支架应力与疲劳寿命进行拟合。结果 支架在释放尺度为80%～90%下的疲劳强度均满足10年疲劳寿命的要求。3种支架释放程度为90%时,疲劳强度大,寿命长;释放程度为80%时,疲劳强度、寿命及安全系数小。相同释放程度下,偏置型波峰结构支架变形后的交变应变及弹性应力值最大,支架寿命及安全系数最小;对称型波峰结构支架CE的寿命及安全系数小于EB。通过LangevinMod函数拟合PR支架疲劳寿命,拟合优度R2>0.99。结论 随着释放程度的增大,3款支架疲劳强度、寿命及安全系数呈增大趋势。在相同释放程度下,支撑单元对称型波峰结构支架疲劳强度、寿命及安全系数比偏置型波峰结构支架大,减小对称型波峰结构支架的连接体宽度有利于提高支架寿命。     

镁合金冠脉支架扩张力学性能模拟研究

支架的扩张性能及力学性能是手术成功与否的重要因素之一。利用有限元方法仿真模拟分析了镁合金支架体外耦合扩张过程,重点研究不同支架初始直径、支撑体长度和周向个数对扩张性能及力学性能的影响,以达到结构优化的目的。结果显示,减小支架初始直径,支架应力应变分别降低3.94%和16.59%;增加支架支撑体长度,支架应力应变分别降低15.76%和49.50%;增加周向支撑体个数,支架应力应变分别下降8.97%和31.78%;改变3个结构参数均可以有效降低支架应力应变,其中支撑体长度的影响较大。通过支架的扩张性能及力学性能分析出支架最优结构,为将来镁合金支架的设计优化提供重要参考依据。     

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。     

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。     

试样形状尺寸及磨削方法对材料疲劳性能影响的试验研究

目前疲劳试验所使用的试验机类型颇多,试样的形状尺寸和磨削方法也多不一致。为了探讨这些因素对材料疲劳性能的影响,我们进行了试样形状尺寸及磨削方法对材料疲劳性能(主要指旋转弯曲)影响的试验研究。在这方面,国外也有不少报道。由苏联机器制造百科全书中可知,他们的试验结果表明,当应力低于疲劳极限时,试样承受最大应力部分的长度对材料疲劳极限没有影响;当应力高于疲劳极限时,试样形状对疲劳强度有明显的影响,疲劳强度随着最大应力作用部分长度的减小而增     

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.     

多级载荷耦合下的镍钛合金血管支架疲劳强度和寿命预测

为探究镍钛合金血管支架植入下肢动脉后产生断裂失效的原因,对Absolute Pro下肢动脉支架在多级载荷耦合作用下的疲劳性能进行研究。利用有限元方法对镍钛合金支架在一级(生理脉动、轴向拉伸、压缩、弯曲、扭转)、二级(拉-弯、拉-扭、压-弯、压-扭、弯-扭)和三级(拉-弯-扭、压-弯-扭)载荷下分别进行数值模拟,基于应变法评价支架的疲劳强度,采用名义应力法和断裂力学进行疲劳寿命预测。经疲劳性能分析发现,一级载荷和部分多级载荷下的支架疲劳强度均满足10年疲劳寿命的要求,其中二级载荷的拉-弯和三级载荷的拉-弯-扭下最大交变应变大于疲劳极限,易产生应力集中导致疲劳失效;寿命云图和安全系数显示,在一级载荷下,压缩载荷对支架寿命的影响最大,脉动载荷最小,在二级载荷下,拉-弯载荷影响最大,弯-扭载荷影响最小,在三级载荷下拉-弯-扭对支架寿命的影响大于压-弯-扭;基于断裂力学寿命预测发现,初始裂纹的大小对支架的寿命有显著的影响。该研究结果揭示了多级载荷对支架疲劳强度和寿命的影响,为支架的临床断裂失效机理提供理论参考。     

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。     

航空有机玻璃的疲劳性能

通过对航空有机玻璃进行拉伸疲劳试验得到了不同应力水平下的拉伸疲劳S-N曲线以及条件疲劳强度,研究了应力比对有机玻璃拉伸疲劳性能的影响。结果表明:该有机玻璃在应力比为0.4,0.1,-0.1条件下的疲劳强度分别为63.0,57.3,48.4MPa,其对应的拉伸疲劳S-N曲线随着应力比的增加整体上移;在相同应力水平下,应力比越大,该有机玻璃的拉伸疲劳寿命越长。     

汽车薄板拉-压高周疲劳试样的形状和尺寸选取

针对两种不同强度级别、不同厚度的汽车薄板材料,设计出不同试验段宽度、不同平行长度、不同圆弧半径的疲劳试样,在不使用防屈曲装置的情况下,进行不同应力水平、应力比R=-1的高周疲劳试验,并通过相同应力循环形式下不同尺寸试样的疲劳寿命循环次数,来确定汽车薄板材料疲劳试样的形状和尺寸。结果表明:对于厚度0.8～3 mm的汽车薄板,等截面疲劳试样比圆弧形疲劳试样更适合进行汽车薄板拉-压高周疲劳试验,推荐的等截面疲劳试样尺寸(a为试样厚度)为试验段宽度b=(1～3)a,试样平行长度L_c=(1～3)b,圆弧半径r=(3～10)a。     

地铁扣件III型弹条失效有限元分析

为了分析地铁扣件III型弹条的断裂原因,建立了详细的扣件系统有限元模型,研究了Ⅲ型弹条不同安装状态和弹程对其扣压力和应力的影响。结果表明,弹条中肢插入铁垫板孔长度在69 mm~76 mm时,对弹条的扣压力影响很小,但对弹条最大等效应力影响比较大;同时,随着弹条中肢插入铁垫板插孔长度的增加,弹条后端与铁垫板的接触状态由线接触转化为多点接触,使得弹条后端圆弧与铁垫板端部发生挤压,产生局部应力集中。随着列车的反复通过,弹条在应力集中处容易萌生裂纹,最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多数弹条断裂破坏位置相吻合。在线路运营维护中,应将弹条后端圆弧与铁垫板端部的距离严格控制在8 mm~10 mm内。     

换流变阀侧套管振动模态及其法兰根部应力研究

套管法兰是换流变压器阀侧套管的薄弱部位,承受着换流变振动等复杂环境动力,易因长期机械载荷作用出现疲劳开裂,导致换流变压器停运。应力集中是导致结构疲劳开裂的主要因素,但现在少有针对法兰应力分布和疲劳的研究。为优化套管法兰根部结构、提高法兰疲劳强度,采用有限元仿真方法分析法兰应力分布,研究不同根部结构下法兰应力集中特征,并采用模态分析和响应谱分析研究振动载荷下法兰应力分布。研究发现:应力集中在法兰拐角位置并随法兰拐角曲率半径增加而降低;套筒上与法兰盘连接的加强筋能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋宽度和高度增加而提升;三角形加强筋在靠近应力集中位置时能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋安装角度增加而减小;连接的加强筋还对套管受竖直方向和轴向振动时法兰拐角最大应力有明显抑制作用。     

地铁扣件Ⅲ型弹条失效有限元分析

为了分析地铁扣件III型弹条的断裂原因,建立了详细的扣件系统有限元模型,研究了Ⅲ型弹条不同安装状态和弹程对其扣压力和应力的影响。结果表明,弹条中肢插入铁垫板孔长度在69 mm~76 mm时,对弹条的扣压力影响很小,但对弹条最大等效应力影响比较大;同时,随着弹条中肢插入铁垫板插孔长度的增加,弹条后端与铁垫板的接触状态由线接触转化为多点接触,使得弹条后端圆弧与铁垫板端部发生挤压,产生局部应力集中。随着列车的反复通过,弹条在应力集中处容易萌生裂纹,最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多数弹条断裂破坏位置相吻合。在线路运营维护中,应将弹条后端圆弧与铁垫板端部的距离严格控制在8 mm~10 mm内。     

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。     

NiTi合金主动脉支架弯曲变形行为的研究

利用Pro/E和Ansys软件建立了胸主动脉支架轴向柔顺性分析模型,对27种NiTi合金支架的柔顺性进行了模拟分析与实验验证。在此基础上,又进一步系统地分析了弯曲变形时支架结构尺寸变化对中央部位横截面变形行为的影响。结果显示,减少圆周方向上的连接体的数量,增加支撑体的长度或数量,都能够提高支架的柔顺性,但是减少连接体的数量比增加支撑体的长度或数量对支架柔顺性的影响程度要大。支架弯曲变形时连接体的数量对支架中央部位横截面的变形具有显著的影响。     

基于人因工效原理纸包装拉链结构的撕裂力学研究

为了研究纸包装拉链不同材料、结构及尺寸对其开启过程中最大撕裂力(Fmax)和人因工效的影响,选取以白卡纸和灰底白卡纸为材料,制备折角型、圆弧型和倾斜型3种纸包装拉链结构,并通过改变纸包装拉链单体前端倾斜部分的水平投影长度(a)、垂直投影长度(b)、圆弧半径(R)的尺寸,测定它们与Fmax的关系;固定其它变量通过改变纸包装拉链宽度,测定消费者使用舒适度。结果表明:开启白卡纸试样所需Fmax要大于灰底白卡纸试样;倾斜型纸包装拉链的Fmax最大,且开启效果不理想;开启纸包装拉链所需的Fmax随着结构变量a,b,R增加而增大,a,b,R过小会使纸包装拉链结构性能不稳定而自发断裂,但超过一定数值会造成纸拉链开启不顺利;在开启过程的人因工效测试中,纸包装拉链宽度为17 mm时,开启时舒适度最高。     

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。     

基于DIC的铝合金薄壁缺口件多轴疲劳行为

为探究缺口对材料多轴疲劳性能的影响,以航空用7075-T651铝合金薄壁缺口件为研究对象,进行等效应力幅变量的比例多轴疲劳实验,采用数字图像相关技术进行表征并分析临界平面角度.结果表明:随加载等效应力幅的增加,试样多轴疲劳寿命降低,缺口附近最大轴向、扭向和剪切工程应变增大.不同加载条件下,缺口附近应变集中现象均随着加载周次的增加而逐渐增强.缺口附近的应变变化过程可分为裂纹萌生、裂纹扩展及瞬断阶段.引入临界平面角度和其上最大正应变,提出SWT修正模型,其预测结果均位于2倍分散带内.     

激励环境下rainbow型压电换能器发电性能分析

为提高有限体积rainbow型压电换能器的能量收集能力,针对外力和外界位移两种激励环境,通过数值模拟分析了换能器输出电压与结构参数及材料特性的影响关系。结果表明,在外力激励环境中,随着宽度及初始曲率半径的增加,换能器的输出电压单调减小;随着长度和弹性模量比的增加,换能器的输出电压不断升高;随着厚度比的增加,换能器的输出电压将呈现-最大值。在外界位移激励环境中,随着厚度比、长度和弹性模量比的增加,换能器的输出电压不断降低;随着初始曲率半径的增加,换能器的输出电压不断升高;而宽度对换能器输出电压的影响可基本忽略。另外,不论在何种激励环境中,换能器内侧压电薄膜的输出电压都要大于外侧压电薄膜的输出电压。