شبيه سازي جامد - سيال رگ مصنوعي آئورت ساخته شده از مواد هدفمند با ضرايب ناهمگني متفاوت

Fluid-Structure Interaction Simulation of Aorta Artificial Vessel Made of Functionally Graded Material with Different Heterogeneous Indexes

گرافت رگ مصنوعي از جمله عمل هاي پركاربرد در بدن انسان است. براي جلوگيري از آسيب به هموديناميك خون، رفتار مكانيكي اين پروتز بايد هرچه نزديكتر به رفتار رگ طبيعي باشد. هدف اصلي اين مقاله ايجاد يك مدل مناسب براي بررسي رفتار رگ مصنوعي و سپس ارائه يك رگ مصنوعي مناسب با استفاده از مواد هدفمند تابعي است. در اين مقاله، هندسه، ضخامت سه لايه‌اي مركب و شرايط فشار خون در قسمت صعودي رگ واقعي آئورت به روش المان‌محدود درون نرم افزار Adyna شبيه سازي شده و جابجايي شعاعي بر حسب زمان، جابجايي شعاعي بر حسب طول، تنش پيراموني و تنش فون مايزز رگ به‌دست آمده است. پس از اعتبار‌سنجي شبيه‌سازي‌هاي انجام شده با نتايج كدنويسي، از دو ماده مصنوعي موجود و متداول براي ساخت رگ‌هاي مصنوعي جهت طراحي مواد هدفمند با ضرايب ناهمگني مختلف استفاده شد. پس از شبيه‌سازي مواد هدفمند تواني و رگ واقعي (منظور از رگ واقعي اعمال خواص مكانيكي و لايه‌هاي مشابه رگ واقعي درون نرم افزار مي‌باشد) در نرم‌افزار بصورت جامد-سيال، پارامترهاي پاسخ براي مقادير مختلف ناهمگني محاسبه و با رفتار رگ واقعي مقايسه شد. نتايج اين پژوهش پيشنهاد مي كنند كه استفاده از ماده هدفمند ساخته شده از داكرون، تفلون و پلي اورتان با ضريب ناهمگني مناسب مي تواند نزديكترين رفتار را نسبت به رگ واقعي داشته باشد.

Artificial vessel graft is one of most common procedures. In order to prevent damaging the blood hemodynamic’s, mechanical behavior of this prosthesis should be close to the natural blood vessel. The main goal of this study is to develop an adequate model for artificial blood vessel analysis and to use that model to design a good artificial vessel with functionally graded material. In this study, geometry, three layer structure and pressure conditions of blood in ascending part of aorta have been modeled, and radial displacement versus time, radial displacement versus length, circumferential and von-mises stress have been obtained. After validating this simulation, two common materials for artificial blood vessel were used to design functionally graded materials with different heterogeneous indexes. After FSI simulation of artificial vessel made of parabolic functionally graded material and natural vessel, response parameters for different heterogeneous indexes were calculated and compared with the natural vessel behavior. Results of this study suggest that using a functionally graded material made of Dacron, Teflon and Polyurethane with intermediate heterogeneous index shows a close behavior to the natural blood vessel.