[发明专利]考虑尺度效应的聚合物血管支架力学性能预测方法

权利要求书

1.一种考虑尺度效应的聚合物血管支架力学性能预测方法，其特征是，该方法在经典连续介质力学的基础上，引入了偶应力和曲率应变，建立了考虑聚合物材料尺度效应的新型本构关系；并通过构建带有微空洞的聚合物材料体胞模型，将新型本构关系引入到聚合物血管支架服役过程的有限元计算中，形成了一种新的计算方法用于聚合物血管支架力学性能预测；方法的具体步骤如下：

步骤一、基于Cosserat连续介质理论，引入了偶应力m和曲率应变χ，合并柯西应力σ和偶应力m得到了广义应力σ^g，合并柯西应变ε和曲率应变χ得到了广义应变ε^g，并进一步获得了它们的等效形式；柯西应力σ、偶应力m、柯西应变ε、曲率应变χ、广义应力σ^g和广义应变ε^g均为向量形式，其中：

σ＝[σ_xx σ_yy σ_zz τ_xy τ_yx τ_yz τ_zy τ_zx τ_xz]^T (1)

m＝[m_xx m_yy m_zz m_xy m_yx m_yz m_zy m_zx m_xz]^T (2)

σ^g＝[σ^T m^T]^T (3)

ε＝[ε_xx ε_yy ε_zz ε_xy ε_yx ε_yz ε_zy ε_zx ε_xz]^T (4)

χ＝[χ_xx χ_yy χ_zz χ_xy χ_yx χ_yz χ_zy χ_zx χ_xz]^T (5)

ε^g＝[ε^T χ^T]^T (6)

广义应力σ^g和广义应变ε^g的等效形式为：

步骤二、通过一种广义的弹性刚度矩阵D，建立考虑尺度效应的聚合物材料弹性本构关系：

广义弹性刚度矩阵D定义为：

其中，D^uu和D^ωω分别与聚合物血管支架材料内任意材料点的位移和转动有关，刚度矩阵D₁、D₂、D₃分别为：

其中，Λ＝Eν/(1+ν)(1-2ν)和μ为拉梅常数，E为弹性模量，ν为泊松比，μ_c为第二剪切模量，l_t是与材料扭转相关的特征长度，l_b是与材料弯曲相关的特征长度；

步骤三、采用有限元法构建带有微空洞的聚合物材料体胞模型，获取聚合物材料的等效本构关系函数，将步骤二建立的弹性本构关系引入到带有微空洞聚合物材料三维体胞模型中，以此来模拟聚合物血管支架降解过程中聚合物的等效力学性能；通过构建聚合物血管支架体胞模型，获取聚合物材料的等效本构关系函数如下：

其中，u_i和F_i为体胞上边界的位移和力，S为体胞上边界面积，h_e为体胞i方向的长度，V_e为体胞体积；

步骤四、基于获得的聚合物的等效力学性能，对三维有限元模型施加载荷和边界条件，利用ANSYS17.0进行聚合物血管支架服役过程的数值计算；三维有限元模型包括血管、血栓斑块、聚合物血管支架和球囊四个部分，由于整个模型具有对称性，为提高计算速度，选取整个模型的1/12，即周向1/6、轴向1/2进行模拟计算；

有限元模型的载荷和边界条件为：

1)在聚合物血管支架、血管和血栓斑块的对称面上施加对称约束，同时约束球囊的周向转动和轴向移动；

2)分两步施加载荷，第一步对球囊施加径向位移载荷，使聚合物血管支架在球囊作用下扩张；第二步对球囊施加0mm径向位移载荷，聚合物血管支架在血管、血栓的压缩作用下发生径向回弹；

步骤五、输出考虑尺度效应的聚合物血管支架力学性能预测结果，得到聚合物血管支架的变形和受力情况。