پایان نامه شبیه­ سازی قلب در حال تپش، با در نظرگرفتن اندرکنش جداره و میدان جریان


دانشکده مهندسی مکانیک

پایان­نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

شبیه­ سازی قلب در حال تپش، با در نظرگرفتن اندرکنش جداره و میدان جریان

اساتید راهنما:

دکتر مجتبی محزون

دکتر محمدمهدی علیشاهی

 

چکیده

هدف از انجام این پژوهش این بوده است که، قلب انسان از لحاظ ساختار هندسی و هم­چنین ویژگی­های مواد تشکیل­دهنده آن شبیه سازی شود و حل میدان جریان در بطن چپ قلب انسان با انتخاب شرایط مرزی واقعی و تحلیل اندرکنش سازه-سیال در بطن چپ مورد بررسی قرار گیرد. با استفاده از نتایج تجربی موجود در مقالات( نتایج آزمایش­های تنش) ضرائب مدل­های هایپرالاستیک مختلفی که به­طور معمول برای توصیف رفتار بافت قلب استفاده می­شود، محاسبه شده است. برای شبیه­سازی و تحلیل المان محدود قلب، مدل هندسی دقیقی( با صرف­نظر از دریچه­ها) از قلب، سمت چپ قلب(شامل دهلیز و بطن چپ) و بطن چپ در نرم­افزار میمیکس ساخته شده است. بعد از تولید شبکه در نرم­افزار آی­سی­ای­ام[1]، میدان جریان خون در نرم­افزار فلوئنت[2] و بافت جامد در نرم­افزار انسیس[3] تحلیل شده است. با در نظرگرفتن بافت نرم با توصیف رفتاری هایپرالاستیک و سیال خون به­عنوان یک سیال غیرنیوتنی، اندرکنش سازه-سیال بطن چپ قلب انسان با اعمال شرایط مرزی واقعی ­مورد بررسی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: شبیه­سازی، قلب، بطن چپ، انسیس، میدان جریان خون، مدل هندسی.

فهرست مطالب

عنوانصفحه

1- فصل اول   1

1-1-       مقدمه   2

1-1-1- آناتومی قلب    4

1-1-1-1-دهلیز راست    7

1-1-1-2-بطن راست    7

1-1-1-3-دهلیز چپ    8

1-1-1-4-بطن چپ    8

1-1-1-5-سرخرگ ‌های کرونری    9

1-1-1-6-دستگاه تحریکی- هدایتی قلب    9

1-1-1-7-سیکل قلبی    12

1-1-1-8-الکتروکاردیوگرام   16

1-1-1-9-جریان خون در بدن   18

1-1-2- لزجت خون   19

1-1-2-1-برون‌ده قلبی    20

1-1-2-2-لایه های قلب    21

1-1-2-3-لایه میوکارد  21

2-            فصل دوم   23

2-1-       مروری بر تحقیقات گذشته   24

3-            فصل سوم   51

تشریح معادلات مواد هایپرالاستیک و ویسکوالاستیک و معادلات حاکمه بر میدان جریان سیال]34،38،42،43 [ 52

3-1-       مقدمه   52

3-1-1- ماده هایپرالاستیک     52

3-1-1-1-آیزوتروپی    53

3-1-1-2-تابع چگالی انرژی کرنش     53

3-1-2- مدلهای هایپرالاستیک پیشنهادی    60

3-1-2-1-مدل نئو-هوکین    60

3-1-2-2-مدل مونی-ریولین    61

3-1-2-3-مدل آرودا-بویس     61

3-1-2-4-مدل مارلو  62

3-1-2-5-مدل اگدن   62

3-1-2-6-مدل چند جمله ای    63

3-1-2-7-مدل چند جمله ای تقلیل یافته   63

3-1-2-8-مدل ون در والس     64

3-1-2-9-مدل یوح   65

3-1-2-10-انبساط گرمایی    65

3-1-3- ماده ویسکوالاستیک     65

3-1-3-1-تاریخچه   67

3-1-3-2-کرنش کوچک     67

3-1-3-3-کرنش بزرگ     69

3-1-4- ماده ویسکوهایپرالاستیک     70

3-2-       آزمایشهای تجربی    71

3-2-1- آزمایش تک محوره  75

3-3-       روش لاگرانژ- اویلر دلخواه  76

3-4-       معادلات جریان سیال   78

3-4-1- روش شبکه متحرک     79

3-4-2- نحوه به روز رسانی شبکه متحرک     79

3-4-3- هموار کردن به وسیله المان‌های فنر  80

3-4-3-1-هموار سازی بر اساس نفوذ  81

3-4-4- معادلات حاکمه اندرکنش سازه-سیال[39]  84

3-4-4-1-الگوریتمهای حل[38]  85

3-5-       مدلهای خون]43[ 89

4-            فصل چهارم   91

4-1-       مدل نمودن سمت چپ قلب و بطن چپ در نرم افزار میمیکس     92

4-1-1- گام نخست: شبیه سازی هندسه واقعی    93

4-1-2- بازسازی هندسه واقعی    95

4-1-3- پردازش تصویر و تولید حجم سه بعدی    95

4-1-4- بررسی چگونگی شرایط مرزی    100

4-1-5- بررسی شرط مرزی ورودی    103

4-1-6- بررسی شرط مرزی خروجی    107

4-1-7- محدودیتهای شبیه سازی    109

4-1-8- انتخاب مدل هایپرالاستیک برای مدلسازی بافت نرم  قلب(میوکاردیوم)  113

مدل نئو-هوکین    114

4-1-9- مدل مونی-ریولن با دو متغیر  115

4-1-10-                                                                                                                                                            مدل مونی-ریولین با پنج متغیر  116
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد