%34تخفیف

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

تعداد 156 صفحه  درword

کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

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

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.

[1] ICEM CFD

[2] Fluent

[3] Ansys Mechanical structure

عنوان

صفحه

1-                                                                                                                                                                          فصلاول– 1

1-1-     مقدمه   2

1-1-1-                                                                                                                                                             آناتومیقلب   4

1-1-1-1-دهلیزراست   7

1-1-1-2-بطنراست   7

1-1-1-3-دهلیزچپ   8

1-1-1-4-بطنچپ   8

1-1-1-5-سرخرگ‌هایکرونری   9

1-1-1-6-دستگاهتحریکی- هدایتیقلب   9

1-1-1-7-سیکلقلبی   12

1-1-1-8-الکتروکاردیوگرام   16

1-1-1-9-جریانخوندربدن   18

1-1-2-                                                                                                                                                             لزجتخون   19

1-1-2-1-برون‌دهقلبی   20

1-1-2-2-لایههایقلب   21

1-1-2-3-لایهمیوکارد   21

2-           فصلدوم   23

2-1-     مروریبرتحقیقاتگذشته   24

3-           فصلسوم   51

تشریحمعادلاتموادهایپرالاستیکوویسکوالاستیکومعادلاتحاکمهبرمیدانجریانسیال]34،38،42،43 [ 52

3-1-     مقدمه   52

3-1-1-                                                                                                                                                             مادههایپرالاستیک   52

3-1-1-1-آیزوتروپی   53

3-1-1-2-تابعچگالیانرژیکرنش   53

3-1-2-            مدلهایهایپرالاستیکپیشنهادی   60

3-1-2-1-مدلنئو-هوکین   60

3-1-2-2-مدلمونی-ریولین   61

3-1-2-3-مدلآرودا-بویس   61

3-1-2-4-مدلمارلو   62

3-1-2-5-مدلاگدن   62

3-1-2-6-مدلچندجملهای   63

3-1-2-7-مدلچندجملهایتقلیلیافته   63

3-1-2-8-مدلوندروالس   64

3-1-2-9-مدلیوح   65

3-1-2-10-انبساطگرمایی   65

3-1-3-                                                                                                                                                             مادهویسکوالاستیک   65

3-1-3-1-تاریخچه   67

3-1-3-2-کرنشکوچک   67

3-1-3-3-کرنشبزرگ   69

3-1-4-                                                                                                                                                             مادهویسکوهایپرالاستیک   70

3-2-     آزمایشهایتجربی   71

3-2-1-                                                                                                                                                             آزمایشتکمحوره   75

3-3-     روشلاگرانژ- اویلردلخواه   76

3-4-     معادلاتجریانسیال   78

3-4-1-                                                                                                                                                             روششبکهمتحرک   79

3-4-2-            نحوهبهروزرسانیشبکهمتحرک   79

3-4-3-            هموارکردنبهوسیلهالمان‌هایفنر   80

3-4-3-1-هموارسازیبراساسنفوذ   81

3-4-4-            معادلاتحاکمهاندرکنشسازه-سیال[39]   84

3-4-4-1-الگوریتمهایحل[38]   85

3-5-     مدلهایخون]43[ 89

4-           فصلچهارم   91

4-1-     مدلنمودنسمتچپقلبوبطنچپدرنرمافزارمیمیکس   92

4-1-1-                                                                                                                                                             گامنخست: شبیهسازیهندسهواقعی   93

4-1-2-                                                                                                                                                             بازسازیهندسهواقعی   95

4-1-3-            پردازشتصویروتولیدحجمسهبعدی   95

4-1-4-                                                                                                                                                             بررسیچگونگیشرایطمرزی   100

4-1-5-                                                                                                                                                             بررسیشرطمرزیورودی   103

4-1-6-                                                                                                                                                             بررسیشرطمرزیخروجی   107

4-1-7-                                                                                                                                                             محدودیتهایشبیهسازی   109

4-1-8-            انتخابمدلهایپرالاستیکبرایمدلسازیبافتنرمقلب(میوکاردیوم)   113

مدلنئو-هوکین   114

4-1-9-                                                                                                                                                             مدلمونی-ریولنبادومتغیر   115

4-1-10-                                                                                                                                                          مدلمونی-ریولینباپنجمتغیر   116

4-1-11-                                                                                                                                                          نتیجهگیری   118

4-1-12-            بررسیالمانهایاستفادهشدهدرتحلیلجامد   118

5-           فصلپنجم-نتایج120

5-1-     نتایجاولیهبهدستآمدهدرنرمافزارمیمیکس   121

5-1-1-                                                                                                                                                             محاسبهکسرتخلیهقلب   123

5-2-     مطالعهشبکه   126

5-2-1-نتیجهگیری   133

5-3-     میدانجریانخوندربطنچپقلبانسان   134

5-3-1-            میدانجریانخوندربطنچپباجدارهثابتباسرعتثابتدردریچهمیترال(ورودیبطنچپ) درفازپنجاهدرصد   135

5-3-2-            میدانجریانخوندربطنچپباجدارهثابتباسرعتمتغیردردریچهمیترال(ورودیبطنچپ) درفازپنجاهدرصد   137

5-4-     بررسیتعاملسازه-سیالدربطنچپ   142

5-4-1-                                                                                                                                                             مطالعهشبکه   143

5-4-2-                                                                                                                                                             بررسیتعاملسازه-سیالدربطنچپبهصورتیکطرفه   145

5-4-3-                                                                                                                                                             بررسیتعاملسازه-سیالدربطنچپبهصورتدوطرفه   151

6-           فصلششم169

6-1-     جمعبندیوپشنهادات   170

فهرست شکل­ها

عنوان

صفحه

شکل‏1‑1- نمایبسیارسادهازقلب-[12].. 5

شکل‏1‑2-شمایدیگرازقلب-[12].. 5

شکل‏1‑3- شمایدیگریازقلب -[12].. 5

شکل‏1‑4-نمایشیازدریچههایقلب[12].. 9

شکل‏1‑5- مسیرانتقالجریانالکتریکیدرقلب [9].. 12

شکل‏1‑6-سیستمرسانشالکتریکیقلب[18].. 12

شکل‏1‑7-تغییراتفشار،فشاردهلیزیوبطنی،حجمبطن،الکتروکاردیوگراموفونوکاردیوگرامدریکسیکلقلبی[15].. 15

شکل‏1‑8-حرکتموجالکتریکیدرقلب[9].. 16

شکل‏1‑9-مراحلیکسیکلقلبی[17].. 16

شکل‏1‑10-سیگنال‌هایECG ،[9].. 17

شکل‏1‑11-رابطهبینلزجتونرخبرشیبرایخونانسان[8].. 20

شکل‏1‑12- لایههاییتشکیلدهندهبافتقلب[17].. 21

شکل‏2‑1-جداسازیکاملچهارحفرهقلب[10] و [11].. 30

شکل‏2‑2-مدلسطحیحفرههایقلبa) بطنودهلیزراستb) بطنودهلیزچپ[10] و [11]   30

شکل‏2‑3 -یکمقایسهبینشبیهسازیCFDوMR velocity Imaging [19].. 31

شکل‏2‑4–اریفیسهایاستفادهشدهجهتارائهدریچههایمیترالوآئورت[21]   32

شکل‏2‑5- مدلساختهشدهتوسطصابروهمکارانش[38].. 34

شکل‏2‑6-مقایسهکیفیتجریاندرمدلمحاسباتیوعکسبرداریCMR،[38]   35

شکل‏2‑7-مشخصاتقلبداوطلبانسالم[20].. 37

شکل‏2‑8- مقادیرثبتشدهمتناسبباسنوجنسیت[20].. 37

شکل‏2‑9-مقادیراندازهگیریشدهبرایبطنراستوچپیکانسانسالم[20]   38

شکل‏2‑10-(a)ساختارسهبعدیبطنچپ(b)نمایپسین-پیشیندرانتهایدیاستول(c)نمایپسین-پیشیندرانتهایسیستول[19].. 38

شکل‏2‑11- تغییراتحجمبطنچپنسبتبهزمان- زمانازابتدایسیستول. [19]   39

شکل‏2‑12- نماهایخطجریاندرفازهایمتفاوت[22].. 40

شکل‏2‑13- شمایازتغییراتتنشبررویصفحهz=0،]37[ 41

شکل‏2‑14-شمایازمیدانجریاندرصفحهتقارنz=0،]37[ 42

شکل‏2‑15- تغییراتفشار-حجمدرطولسیکلقلبی]37[ 42

شکل‏2‑16- نمودارتغییراتسرعتدردریچهمیترالوتغییراتفشاردربطن]37[ 43

شکل‏2‑17- شمایازساختنمدلبطنراست[33].. 44

شکل‏2‑18-تغییراتفشاردربطنراستوزمانبندیبازوبستهشدهدریچهها[33]   48

شکل‏2‑19تغییراتتنشوکرنشبرایمدلفعالغیرایزوتروپیک.. 48

شکل‏3‑1- نمایشمدلهایانجامآزمایش]34[ 73

شکل‏3‑2- نمایشازجهتگیریفیبردربافتنرمقلب]35[ 76

شکل‏3‑3- شبیهسازیاویلریپرشدنمادهدرونقالب]37[ 77

شکل‏3‑4-الگوریتمروشحلصریح.. 86

شکل‏3‑5-الگوریتمروشحلضمنی.. 86

شکل‏3‑6- شیوهکوپلهکردنOne-Way. 87

شکل‏3‑7-شیوهکوپلهکردنTwo-Way. 88

شکل‏3‑8- الگوریتمروشهمزمان(مستقیم).. 89

شکل‏4‑1-تصویرمحدودهزمانیمربوطبه 21 فازبازسازیشدهدردیاگرامECG ،]9[ 93

شکل‏4‑2- تصاویریازa) عکسهایسیتیآنژیوگرافیوb)کانتورهایمرزیبطنراستوچپدرانتهایسیستول]35[ 96

شکل‏4‑3-تصویریازحجمخوندرقلبانسانوشکلسهبعدیآندرنرمافزارمیمکس   97

شکل‏4‑4-نمایمحوریازبرشقلبازاپکستابالاترینسطحقلب.. 97

شکل‏4‑5-حجمخونسمتچپقلب.. 98

شکل‏4‑6-حجمهموارشدهماهیچهسمتچپقلب.. 98

شکل‏4‑7-حجمخونبطنچپبههمراهصفحهدربرگیرندهمقطع.. 99

شکل‏4‑8-حجمهموارشدهجدارهبطنچپقلب.. 100

شکل‏4‑9-نمودارتغییراتفشاردربطن،دهلیزوآئورتوزمانبندیسیستولودیاستول[15]   101

شکل‏4‑10-تغییراتسرعتورودیجریانخونوتغییراتفشاربطنچپ]39[ 102

شکل‏4‑11-تغییراتفشاربطنوآئورتدرطولزمانیکسیکلکامل.. 103

شکل‏4‑12-تغییراتسرعتدرورودی]39[ 104

شکل‏4‑13-تابعدرجه 9(نتایجتجربیازمرجع 39).. 105

شکل‏4‑14-تغییراتفشاربطندرطییکسیکل.. 106

شکل‏4‑15-تغییراتفشاربطندرطیدیاستول.. 107

شکل‏4‑16- تغییراتدبیحجمیدرخروجیآئورتبهازایزمان(ثانیه)   108

شکل‏4‑17-تغییراتفشارآئورتهمراهبامنحنیمعادله.. 109

شکل‏4‑18-عدمانطباقمرزجامدوسیالونمایشآندرنرمافزارمیمیکس   110

شکل‏4‑19-عدمانطباقمرزجامدوسیالونمایشآندرنرمافزارمیمیکس   111

شکل‏4‑20-دیوارهایداخلیوخارجیبافتماهیچهقلب.. 112

شکل‏4‑21-حجمخوندربطنچپهمراهباخروجیوورودی.. 112

شکل‏4‑22-نتایجآزمایشتجربیوانطباقمدلمونی-ریولینباآن]35[ 114

شکل‏4‑23- انطباقدادههایتجربیومدلنئو-هوکین.. 114

شکل‏4‑24- انطباقنتایجآزمایشتجربیبامدلمونی-ریولینبادومتغیر   115

شکل‏4‑25- انطباقنتایجآزمایشتجربیبامدلمونی-ریولینباپنجمتغیر   116

شکل‏4‑26-انطباقنتایجآزمایشتجربیبامدلاگدنمرتبهسوم.. 116

شکل‏4‑27-نمودارتنشوکرنش.. 117

شکل‏4‑28- المان Solid185والمانهایکاهشیافتهآن.. 120

شکل‏4‑29-المانSolid285. 120

شکل‏5‑1-تغییراتحجمخونقلبدرطولزمانیکسیکلکامل.. 122

شکل‏5‑2-تغییراتحجمخونسمتچپقلبدرطولزمانیکسیکلکامل.. 123

شکل‏5‑3-تغییراتحجمخونبطنچپدرطولزمانیکسیکلکامل.. 123

‏5‑4- نمایششبکهa) المانهایششوجهیومنشوریb) تمامالمانهاc) المانهایچهاروجهی.. 126

شکل‏5‑5-تغییراتسرعتدرامتدادخط 1 درمدلنیوتنی.. 128

شکل‏5‑6-تغییراتسرعتدرامتدادخط 2 درمدلنیوتنی.. 128

شکل‏5‑7-تغییراتفشاردرامتدادخط 2 درمدلنیوتنی.. 129

شکل‏5‑8-تغییراتسرعتدرامتدادخط 1 درمدلکاریو.. 130

شکل‏5‑9-تغییراتسرعتدرامتدادخط 2 درمدلکاریو.. 130

شکل‏5‑10-تغییراتفشاردرامتدادخط 2 درمدلکاریو.. 131

شکل‏5‑11-تغییراتسرعتدرامتدادخط 1 درمدلتوانی.. 131

شکل‏5‑12-تغییراتسرعتدرامتدادخط 2 درمدلتوانی.. 132

شکل‏5‑13-تغییراتفشاردرامتدادخط 2 درمدلتوانی.. 132

شکل‏5‑14-تغییراتسرعتدرامتدادخط 2 درمدلتوانی،کاریوونیوتنی   133

شکل‏5‑15-تغییراتفشاردرامتدادخط 2 درمدلتوانی،کاریوونیوتنی   133

شکل‏5‑16-پروفایلسرعتجریانعبوریازدریچهمیترال]39[ 134

شکل‏5‑17-هندسهبطنچپومکانقرارگیریصفحه 1 و 2.. 135

شکل‏5‑18تغییراتفشاردرصفحه 1.. 136

شکل‏5‑19-تغییراتفشاردرصفحه 2.. 137

شکل‏5‑20-اختلاففشاربینصفحهیکودو.. 137

شکل‏5‑21-تغییراتسرعتورودیدرطیفازپنجاهدرصد.. 138

شکل‏5‑22-تغییراتدبیجرمیبازماندرفازپنجاهدرصد.. 138

شکل‏5‑23-تغییراتفشاربازماندرفازپنجاهدرصد.. 139

شکل‏5‑24-اختلاففشاربینصفحهیکودودرفازپنجاهدرصد.. 139

شکل‏5‑25-خطوطجریانسهبعدی.. 140

شکل‏5‑26-موقعیتصفحهوخطوطجریانسهبعدیوتصویرشدهخطوطجریانرویصفحهدرزمان 40/0 ثانیه.. 140

شکل‏5‑27-موقعیتصفحهوتصویرشدهخطوطجریانرویصفحهوکانتورفشاررویآندرزمان 40/0 ثانیه.. 141

شکل‏5‑28-موقعیتصفحه- کانتورفشاروبردارهایسرعتدرزمان 40/0 ثانیه   141

شکل‏5‑29-بررسیاستقلالازشبکهنتایجبهازایتعدادالمانهایمتفاوتوالمانSolid185  144

شکل‏5‑30بررسیاستقلالازشبکهنتایجبهازایتعدادالمانهایمتفاوتوالمانSolid285  144

شکل‏5‑31-تغییرشکلاپکسبهازایدونوعالمانمتفاوت.. 145

شکل‏5‑32-برشیازبطنچپونمایشواردنمودنفشارازحلCFD.. 146

شکل‏5‑33-نمایشصفحهبیندیوارهداخلیوخارجیوحلقهدربرگیرندهدریچهمیترال   146

شکل‏5‑34-مقایسهمیزانتغییرشکلبهازایدوحالتمختلفدرحلیکطرفه   148

شکل‏5‑35-مقایسهمیزانتغییراتکرنشبهازایدوحالتمختلفدرحلیکطرفه   148

شکل‏5‑36-مقایسهمیزانتغییراتتنشبهازایدوحالتمختلفدرحلیکطرفه   149

شکل‏5‑37-(aنمایشبردارهایجابجاییمش(b  نمایشتصویرشدهخطوطجریانرویدیوارهدرحلیکطرفه.. 149

شکل‏5‑38-نمایشتغییراتتنشدربافتجدارهبهازایمادههایپرفیتدرحلیکطرفه   150

شکل‏5‑39-نمایشتغییراتکرنشدربافتجدارهبهازایمادههایپرفیتدرحلیکطرفه   150

شکل‏5‑40-تغییراتفشاربطنچپ]39[ 152

شکل‏5‑41-تغییراتحجمخونبازمان.. 155

شکل‏5‑42-نمودارتغییراتفشاربراساسحجم.. 157

شکل‏5‑43-نمودارتغییراتحجمباتغییرفشار.. 158

شکل‏5‑44- تغییراتفشارمعادلبرحسبزماندرطیدیاستول.. 159

شکل‏5‑45-مقایسهحجمحاصلتحلیلدوطرفهوحجمحاصلازرابطه(5-3).. 160

شکل‏5‑46-توزیعتغییراتتغییرشکلدربافتجدارهدرحلدوطرفه.. 160

شکل‏5‑47-توزیعتغییراتکرنشدربافتجدارهدرحلدوطرفه.. 161

شکل‏5‑48-توزیعتغییراتتنشدربافتجدارهدرحلدوطرفه.. 161

شکل‏5‑49-(aتوزیعتغییرشکلدربافتجدارهدرحلدوطرفه (bتوزیعتغییرشکلدربافتجدارهدرحلیکطرفه.. 162

شکل‏5‑50-مقایسهتغییرشکلبطندرحلیکطرفهودوطرفه.. 163

شکل‏5‑51-تغییراتفشارفیزیولوژیخونقابلاستفادهدرحل.. 164

شکل‏5‑52- تغییراتفشارمعادلعضلات.. 164

شکل‏5‑53- فشارخون،فشارمعادلاثرعضلاتوفشارمعادلکل.. 165

شکل‏5‑55- بیشینهمقدارتنشدرحلدوطرفهوحلجامد.. 167

شکل‏5‑55- بیشینهمقدارکرنشدرحلدوطرفهوحلجامد.. 167

شکل‏5‑56- بیشینهمقدارتغییرشکلدرحلدوطرفهوحلجامد.. 168

فهرست جدول­ها

عنوان

صفحه

جدول‏3‑1 – معرفیمتغیرهایموجوددرمعادله(‏3‑60).. 78

جدول‏4‑1- ضرائبثابتمعادلهخطیبرایشرطمرزیورودی.. 105

جدول‏4‑2-ضرائبثابتمعادلهخطیفشاربطن.. 107

جدول‏4‑3-ضرائبثابتمعادلهخطیفشارآئورت(شرطمرزیخروجی)   109

جدول‏4‑4-ضرائبمدلنئوهوکین.. 115

جدول‏4‑5-ضرائبمدلمونی-ریولینبادومتغیر.. 115

جدول‏4‑6-ضرائبمونی-ریولینپنجمتغیره.. 117

جدول‏4‑7-ضرائبتولیدشدهبرایاگدنمرتبهسومدرنرمافزارانسیس   117

جدول‏4‑8-ضرائبتولیدشدهبرایاگدنمرتبهسومدرنرمافزارهایپرفیت   118

جدول‏5‑1- تعدادالمانهایشبکهبهازایاندازههایمتفاوت.. 127

جدول‏5‑2-شرایطمرزیدرنرمافزارفلوئنت.. 136

جدول‏5‑3-شرایطمرزیدرنرمافزارفلوئنت.. 138

جدول‏5‑4-شرایطمرزیدرحلیکطرفه.. 147

جدول‏5‑5-شرایطمرزیدرتحلیل.. 156

جدول‏5‑6-شرایطمرزیدرحلدوطرفه.. 159

جدول‏5‑7-شرایطمرزیدرحلدوطرفه.. 166

جدول‏5‑8-شرایطمرزیدرحلجامد.. 166

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “شبیه­سازی قلب در حال تپش، با در نظرگرفتن اندرکنش جداره و میدان جریان”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo