پديد آورنده :
زارعي، اشرف
عنوان :
بهبود عملكرد لولا در دريچه‌هاي دو برگه‌اي مكانيكي قلب با استفاده از مواد هوشمند
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي - جامدات
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، [169]ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد مشاور :
محمود كدخدايي
توصيفگر ها :
دريچه قلب , دريچه قلب مكانيكي دوبرگه اي , هموديناميك , آمبولي خون , برهمكنش سازه و سيال , ديناميك مش , مواد هوشمند , ماده SMA , غيرخطي هندسي
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، رضا تيكني
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/10/24
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/10/27
چكيده فارسي :
سالانه حدود 300000 جايگزيني دريچه‌ي قلب در جهان انجام مي‌شود كه بيش از 50٪ آن‌ها دريچه‌هاي مكانيكي هستند. در ميان دريچه‌هاي مكانيكي، دريچه‌ي دو برگچه‌اي با سازگاري فيزيولوژيكي بالاتر و ماندگاري بيشتر، حدود 60٪ از دريچه‌هاي جايگزين را در برمي‌گيرد، اما به دليل پيدايش جريان‌هاي غير فيزيولوژيك گذرنده از دريچه، جايگزيني اين دريچه‌ها بايد با مصرف داروهاي پيشگيري از انعقاد خون همراه باشد. بر پايه‌ي پژوهش‌هاي انجام‌شده، با رخداد جريان‌هاي پيچيده و راكد گرداگرد دريچه، ناحيه‌ي لولا در اين دريچه‌ها از جاهاي مستعد براي شروع آمبولي و لختگي خون به شمار مي‌رود. در اين مطالعه، تلاش مي‌گردد كه به كمك مواد هوشمند سازگار با بدن انسان براي جايگزيني لولا، به بهبود كاركرد اين دريچه‌ها كمك شود. براي چرخش دريچه به دور لولا، از ويژگي سوپر الاستيك ماده‌ي هوشمند ماده حافظه شكلي SMA)) بهره گرفته مي‌شود. برگچه‌ها از هندسه‌ي نيم‌دايره‌ي كامل موجود در دريچه‌هاي دو برگچه‌اي متداول بيرون مي‌آيد و محور دوران برگچه‌ها از وسط رينگ دربرگيرنده‌ي دريچه به كناره‌هاي رينگ منتقل مي‌شود. ماده‌ي يادآور شكل، جايگزين لولا مي‌شود و دوران برگچه‌ها را فراهم مي‌كند. هندسه‌ي اين دريچه‌ي پيشنهادي، با عنوانSMA bileaflet در نرم‌افزار SolidWorks طراحي شده است. به‌منظور بررسي عملكرد هموديناميكي دريچه جديد و همچنين برآوردي از نيروي وارد به برگچه، يك حل دوبعدي به‌صورت برهمكنش سازه و سيال روي دريچه در محيط ساده‌شده‌ي آئورت انجام‌شده است. بيشينه فشار وارد بر برگچه مبناي طراحي ميزان باز شدن دريچه تا زاويه‌ي 90 درجه قرار مي‌گيرد. با اعمال نيرو به مركز فشار برگ چه و فرض صلب بودن آن در قياس با ويژگي سوپر الاستيك لولاي يادآور شكل، اين لولا با شرايط مرزي تير يكسر گيردار، با يكسر گيردار به بدنه‌ي محفظه و چرخش 90 درجه‌اي برگچه‌ها براي گذر خون از بطن به آئورت و بدون حركت عرضي در سمت برگچه در نظر گرفته مي‌شود. با يك برآورد دستي مشخص شد كه در اين محدوده از تنش، المان يادآور شكل، ازنظر رفتار مادي در محدوده‌ي الاستيك باقي مي‌ماند، ولي فرض تغيير شكل‌هاي كوچك نقض مي‌گردد و چرخش‌ها و كرنش‌هاي بزرگ، باعث رفتار غيرخطي هندسي تير لولا مي‌شود. اين تير به كمك المان‌هاي محدود دوبعدي چهار گرهي و بر پايه‌ي فرمول‌بندي لاگرانژين كامل تحليل گرديده و از اين راه طراحي المان يادآور بر پايه‌ي مطالعه‌ي پارامتري پي گيري شده است.
چكيده انگليسي :
About 300,000 valve replacements are performed worldwide each year, of which more than 50% are mechanical valves. Among mechanical valves, bileaflet valves with higher physiological compatibility and longer shelf life account for about 60% of replacement valves, but due to the emergence of non-physiological flow passing through the valve, these valves should be replaced with anticoagulants. According to research, with the occurrence of complex and stagnant flows around the valve, the hinge area in these valves is a place prone to embolism and blood clots. In this study, an attempt is made to improve the performance of these valves with the help of intelligent materials compatible with the human body to replace the hinges. The superelastic property of shape memory alloys (SMA) smart material is used to rotate the leaflet inside the ring. The leaflets emerge from the complete semi-circular geometry found in conventional bileaflet valves, and the axis of rotation of the leaflets is transferred from the center of the ring containing the valve to the sides of the ring. The shape memory material replaces the hinge and provides leaflet rotation. The geometry of this proposed valve is designed as SMA bileaflet in SolidWorks software. In order to investigate the effect of the new geometry on the blood flow around the valve and also to have an estimate of the amount of force exerted by the blood pressure on the valve, a transient fluid-solid interaction analysis between the blood and the opening valve has been performed, the results show decreasing turbulent areas in the flow as well as the washout of the blood flow in the low flow areas that shows the hemodynamic improvement of the valve. By applying the force to the center of pressure of the let and assuming it to be rigid compared to the superelastic property of the SMA hinge, this hinge has the boundary conditions of a cantilever beam, with one end on the ring body and 90° rotation with no transverse motion at the other end. A manual estimate showed that in this range of stresses, the shape memory element remains in the elastic range in terms of material behavior, but the assumption of small deformations is violated and large rotations and strains cause the geometric nonlinear behavior of the hinge beam. This beam is analyzed with the help of two-dimensional four-node plane strain finite elements based on the total Lagrangian formulation of continuous mechanics, and in this way, the design of the SMA element is followed based on a parametric study.
استاد راهنما :
حميدرضا ميردامادي
استاد مشاور :
محمود كدخدايي
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، رضا تيكني
