長方形四葉無支架心包二尖瓣有限元應(yīng)力分析.pdf

1、對長方形無支架四葉心包二尖瓣進行有限元應(yīng)力分析，參照前期研究的梯形瓣、橢圓形瓣應(yīng)力分布，評價長方形瓣膜的力學(xué)性能。 方法：按照仿生原則，簡化瓣膜設(shè)計，采用牛心包材料，縫制成無支架長方形四葉二尖瓣，瓣口呈長寬比近似3：2，前、后瓣葉或兩側(cè)瓣葉延續(xù)了橢圓形瓣的對稱理念，為大小形態(tài)對稱，相連腱索長度相等的設(shè)計：兩側(cè)瓣葉與前后瓣葉對合均勻、嚴(yán)密。根據(jù)瓣膜的幾何形態(tài)及心包組織材料特性，將心瓣和血流作為耦合系統(tǒng)進行動力學(xué)分析，建立模擬長方形

2、瓣膜開放與關(guān)閉的有限元動態(tài)模型，應(yīng)用有限元軟件 ANSYS分析長方形瓣膜四個瓣葉的應(yīng)力分布，所獲結(jié)果與前期研究的體外流體動力學(xué)測試結(jié)果進行校正。分析中采用八節(jié)點曲線薄殼單元并充分考慮大應(yīng)變和瓣葉閉合過程中的接觸。在瓣膜開啟狀態(tài)下，以前期研究體外脈動流儀測得的長方形瓣膜平均跨瓣壓差5.86 mmHg作為瓣膜開啟狀態(tài)下的面載荷：在瓣膜關(guān)閉狀態(tài)下取峰值跨瓣壓差120mmHg為面載荷：應(yīng)用Newton-Raphson方法求解有限元方程，計算在開

3、啟和關(guān)閉狀態(tài)時，各瓣葉的第一應(yīng)力和第二應(yīng)力及萊維一米澤斯應(yīng)力分布。 結(jié)果 1、有限元方法計算的長方形瓣膜四個瓣葉變形形態(tài)和體外流體動力學(xué)實驗中的瓣膜實際變形十分相近。 2、長方形瓣膜開啟時，四個瓣葉大部分區(qū)域應(yīng)力水平在0.080～0.450Mpa之間，其前后瓣葉基部與瓣環(huán)連接處出現(xiàn)應(yīng)力增高，達(dá)0.789Mpa，最大應(yīng)力為0.903Mpa，出現(xiàn)在瓣葉交界縫合處。四個瓣葉大部分區(qū)域第二應(yīng)力水平在0.005～0.167 Mpa

4、之間。前后瓣葉最大應(yīng)力為0.946Mpa，出現(xiàn)在與側(cè)瓣葉交界縫合處。萊維一米澤斯應(yīng)力分布均勻，前后瓣葉和兩側(cè)瓣葉大部分區(qū)域應(yīng)力水平在0.110～0.440Mpa之間，最大應(yīng)力為0.980Mpa，出現(xiàn)在其前后瓣葉與側(cè)瓣葉交界縫合處。 3、長方形瓣膜關(guān)閉時，前后瓣葉大部分區(qū)域的第一主應(yīng)力水平在1.200～2.410Mpa之間，最大應(yīng)力為3.060 Mpa，出現(xiàn)在瓣環(huán)縫合區(qū)附近：兩側(cè)瓣葉大部分區(qū)域的第一主應(yīng)力水平在0.591～1.20

5、0Mpa之間，最大應(yīng)力為1.809Mpa，出現(xiàn)在瓣葉游離緣。瓣葉大部分區(qū)域的第二主應(yīng)力水平在0.051～0.514 Mpa之間，前后瓣葉最大應(yīng)力為1.650 Mpa，出現(xiàn)在瓣葉基部：兩側(cè)瓣葉大部分區(qū)域的第二應(yīng)力水平在0.015～0.245 Mpa之間，最大應(yīng)力為1.482 Mpa，也出現(xiàn)在瓣葉基部與瓣環(huán)縫合連接區(qū)附近。萊維一米澤斯應(yīng)力分布較均勻，前、后及側(cè)瓣葉大部分區(qū)域的應(yīng)力水平在0.520～1.060 Mpa之間，最大應(yīng)力為3.700