217 / 2019-08-29 23:50:53

基于浸入有限元的静脉瓣膜循环行为的动力学研究

浸入有限元；流-固耦合；粘附接触算法；静脉；瓣膜循环

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 计算流体力学

静脉瓣膜开合的往复循环运动是调节静脉血液流动的重要生理行为。在静脉循环中，静脉功能不全常常会引起血液淤积、返流，严重的甚至会导致静脉系统的逆流性疾病。为分析并探讨导致静脉功能不全发病机理的管壁因素，本文研究了静脉瓣膜的典型生理/病理情况。本研究采用修正的浸入有限元方法(IFEM) 描述血液与瓣膜、血管之间的流-固耦合作用，并利用粘附接触算法(ACM)描述瓣膜与血管之间的接触作用。静脉血液考虑为不可压缩流体，瓣膜组织为不可压缩超弹性Mooney-Rivlin材料，血液的流动形式为脉冲形式。该方法既满足非贯穿、无滑移等条件又避免了网格更新，并且能用于模拟瓣膜的大变形情况。通过仿真静脉瓣膜循环行为的具体算例，本文给出了血液的流场分布和静水压力结果，并进一步分析了血液流动过程中的漩涡位置和涡量大小，以及静脉表面的流体壁面切应力和固体切应力。对比健康静脉和病变静脉之间的瓣膜循环行为差异，本文分析了管壁因素对静脉变形行为以及血液流动规律的影响，并讨论了管壁因素与静脉功能不全之间的关系。