TiNi合金血管支架的有限元分析及疲劳测试

论文摘要

由于TiNi合金血管支架的疲劳寿命直接影响了其在临床中的治疗效果,近年来对支架的设计优化和疲劳寿命的研究越来越受到重视。本文采用ANSYS有限元分析软件,对两种不同尺寸的TiNi血管支架的热、机械处理过程进行模拟和应力分析;对这两种支架在工作状态下的应力情况进行模拟,并使用Goodman准则理论上预测了支架的疲劳寿命;然后选择其中一种尺寸的支架在模拟血管环境下进行疲劳测试。研究结果表明,TiNi支架在处理过程中,随着直径增加,最大应力值明显上升。支架杆部应力值虽然上升,但变化梯度不大,分布较为均匀,而在支架角峰部位的应力梯度明显,易产生应力集中现象。内径相同的情况下,直径10mm支架的等效应力值要小于直径8mm支架。将两种支架角接部分与连接部分的平均应变和应变幅值代入修正的Goodman图中,可以看到这些点都在非线性准则曲线下方,理论上说明两种尺寸的支架在使用过程中不会发生疲劳断裂的情况。采用TiNi支架Φ10×20mm(直径×长度)在模拟人体环境下进行了疲劳测试。一共7个支架进行了4亿次(相当于疲劳寿命10年)的脉动疲劳测试,同时3个支架进行了30万次的弯曲疲劳测试。支架在疲劳测试后,形态完整,没有发生疲劳断裂。这表明TiNi支架具有良好的抗弯曲疲劳寿命,以及在实际使用中应该能满足10年脉动疲劳的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 医用TiNi 合金的性能特点
• 1.3 TiNi 合金血管支架的特点
• 1.4 TiNi 合金血管支架的疲劳
• 1.4.1 TiNi 合金血管支架的疲劳要求
• 1.4.2 TiNi 合金血管支架的有限元分析
• 1.4.3 TiNi 合金血管支架的疲劳测试
• 1.5 本论文的选题意义及主要研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 TiNi 合金血管支架的制备
• 2.2 支架的有限元分析
• 2.3 支架脉动疲劳测试
• 2.4 支架弯曲疲劳测试
• 2.5 支架形貌的观察与分析
• 第三章 TiNi 合金血管支架的有限元分析
• 3.1 前言
• 3.2 材料性能
• 3.2.1 化学成分
• 3.2.2 材料性能参数
• 3.3 有限元分析
• 3.3.1 建模
• 3.3.2 材料属性设定
• 3.3.3 边界条件与载荷
• 3.4 计算结果
• 3.4.1 处理过程中位移和应力分布
• 3.4.2 工作状态下应力分布
• 3.4.3 使用Goodman 准则对支架疲劳寿命进行评估
• 3.5 本章小结
• 第四章 TiNi 合金血管支架的疲劳测试
• 4.1 前言
• 4.2 支架疲劳测试的参数
• 4.2.1 脉动疲劳测试的参数
• 4.2.2 弯曲疲劳测试的参数
• 4.3 支架疲劳测试的过程
• 4.3.1 乳胶管的准备
• 4.3.2 疲劳支架的安装
• 4.3.3 脉动疲劳参数的调试
• 4.3.4 弯曲疲劳参数的调试
• 4.3.5 支架疲劳寿命测试
• 4.4 支架疲劳测试的结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 附录1 疲劳测试循环次数换算对应表
• 附录2 乳胶管内径/外径直径变化率（ID/OD Ratio）换算原理
• 附录3 TiNi 颈动脉支架动物实验
• 致谢
• 在学发表论文及研究成果