پروژه شبیه سازی استنت قلبی-عروقی و شریانی در نرم افزار انسیس مکانیکال

توضیحات

پروژه شبیه سازی استنت قلبی-عروقی و شریانی در نرم افزار انسیس مکانیکال

 

Simulation of Cardiovascular Stent in Ansys Mechanical

 

استنت(Stent):

یکی از اصلی ترین روش ها برای درمان بیماری انسداد شریان های کرونری قلب، استفاده از وسیله ای به نام استنت می باشد. به خاطر کارآیی این روش درمانی در سال های اخیر استفاده از این وسیله افزایش چشمگیری یافته و مدل های متنوعی از آن به بازار عرضه شده است. در این پروژه عملکرد یک استنت شریانی در داخل یک رگ در نرم افزار انسیس مکانیکال مورد بررسی قرار گرفته است.

 

 

روش های درمانی گوناگونی از جمله جراحی بای پس، آنژیوپلاستی با بالون و استنت گذاری(stent) برای رفع این گرفتگی وجود دارد که رایج ترین آنها استنت گذاری است. استنت یک لوله سیمی و مشبک است که وظیفه بـاز نگه داشتن رگ در محل جمع شدن پلاک را برعهده دارد و درواقع استنت نقش یک چهارچوب برای باز نگه داشتن رگ را دارد. طرز عملکرد آن بدین صورت است که پزشک استنت را از طریق آئورت ران یا بازو به داخل رگ می فرستد و استنت پس از انبساط در راستای شعاع درون رگ ثابت می ماند و بعد از از بین بردن گرفتگی درون رگ باقی مانده و ممکن است پس از مدتی نیاز به عمل جراحی مجدد برای خارج کردن استنت از داخل رگ وجود داشته باشد. استنت ها باتوجه به نوع انبساط و شیوه عمکردشان به انواع مختلفی تقسیم می شوند.

شکل تاثیر جایگذاری استنت در افزایش جریان خون.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD):

دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) یکی از بزرگترین زمینه هایی است که مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی های نوین محاسباتی آن در نیمه دوم قرن بیستم و در سدة جدید میلادی وصل می کند. دینامیک سیالات محاسباتی علم پیش بینی جریان سیال، انتقال حرارت، انتقال جرم، واکنش های شیمیایی و پدیده های وابسته به آن به وسیلة حل معادلات ریاضی که قوانین فیزیکی را بیان می کنند، با استفاده از یک فرآیند عددی است. این معادلات شامل پایستاری جرم، مومنتوم، انرژی، ذرات و غیره است. در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره ای حاکم بر سیالات به معادلات جبری، امکان حل عددی این معادلات فراهم می شود. با تقسیم ناحیه موردنظر برای تحلیل به المان های کوچکتر و اعمال شرایط مرزی برای گره های مرزی با اعمال تقریب هایی، یک دستگاه معادلات خطی به دست می آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیه موردنظر بدست می آید. با استفاده از نتایج بدست آمده از حل معادلات می توان و برآیند نیروهای وارد بر سطوح، و ضریب انتقال حرارت و غیره را محاسبه نمود. اکنون روش دینامیک سیالات محاسباتی جای خود را در کنار روش های آزمایشگاهی و تحلیلی برای تحلیل مسائل سیالات باز کرده است و استفاده از این روش ها برای انجام تحلیل های مهندسی امری عادی شده است. درواقع تحلیل های دینامیک سیالات محاسباتی مکمل آزمایش ها و تجربیات بوده و مجموع تلاش ها و هزینه های موردنیاز در آزمایشگاه را کاهش می دهد. دینامیک سیالات محاسباتی به صورت گسترده در زمینه های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال بکار گرفته می شود. از جمله این موارد می توان به صنعت کشتی سازی، صنعت خودروسازی، صنایع هوافضا و بسیاری موارد گسترده صنعتی دیگر اشاره کرد که دانش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان گره گشای مسائل صنعتی مرتبط تبدیل شده است. علی رغم اینکه قدمت دینامیک سیالات محاسباتی در دنیا چندان زیاد نیست، این شاخه از علم در ایران و در سال های اخیر، رشد بسیار خوبی داشته است.

شرح پروژه:

در این پروژه شبیه سازی استنت قلبی-عروقی در نرم افزار انسیس مکانیکال انجام شده است.

هندسه مسئله:

هندسه مسئله در نرم افزار انسیس اسپیس کلیم(ANSYS SpaceClaim) ترسیم شده است.

 

مدل هایپرالاستیک:

مدل هایپرالاستیک نوعی مدل ساختاری است که برای موادی که دچار کرنش ها یا تغییرشکل های بزرگ می شوند، مورد استفاده قرار می گیرد. بسیاری از مواد شناخته شده از جمله لاستیک ها که دارای مدول الاستیسیته نسبتاً پایین و مدول بالک بالا هستند از آن جمله اند. اینگونه مواد که دارای کاربردهای زیادی نیز می باشند معمولاً تحت کرنش ها یا تغییرشکل های بزرگ قرار می گیرند. به دلیل غیرخطی بودن رابطه تنش-کرنش در این مواد، مدل الاستیک خطی به درستی قادر به بیان رفتار آنها نمی باشد. مدل هایپرالاستیک روشی برای مدل کردن رفتار -تنش کرنش اینگونه مواد ارائه می دهد. اساس کار مدل هایپرالاستیک محاسبة تابع چگالی انرژی کرنشی است. در این مدل فرض می شود که رفتار ماده را بتوان با استفاده از یک تابع اسکالر برحسب مؤلفه های تانسور کرنش یا تغییرشکل بیان کرد. این تابع، تابع چگالی انرژی کرنشی نامیده می شود و مشتقات آن نسبت به مؤلفه های کرنش مؤلفه های تنش مربوطه را می دهند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می توان به کتب تخصصی الاستیسیته مراجعه کرد. نکته مهمی که در اینجا باید به آن توجه کرد چگونگی محاسبه تابع چگالی انرژی کرنشی است. تابع چگالی انرژی کرنشی برای مواد همسانگرد، به صورت یک تابع چند جمله ای از تغییرناپذیرهای تانسور کرنش یعنی I3، I2 و I1 و یا ضرایب کشیدگی ماده در سه راستای اصلی یعنی λ1، λ2، λ3 تعریف می شود که پس از مشتق گیری از آن می توان تنش های اصلی را محاسبه کرد. مدل های مختلفی برای تابع چگالی انرژی کرنشی ارائه شده است. در این پروژه از مدل هایپرالاستیک مونی-ریولین 5 پارامتری(Mooney-Rivlin) برای خاصیت دیواره رگ استفاده شده است. خواص ماده هایپرالاستیک برای رگ انتخاب شده است. خواص ماده الاستیک خطی برای استنت و پلاک بکاربرده شده است.

شبکه و مش بندی:

در این پروژه از نرم افزار انسیس مکانیکال به منظور شبکه بندی هندسه استفاده شده است. تولید یک شبکه مناسب تاثیر بسیار زیادی در دقت نتایج به دست آمده خواهد داشت.

نمونه نتایج شبیه سازی: