ارزیابی محاسباتی تأثیر پارامترهای هندسی بر عملکرد مکانیکی استنت های از جنس آلیاژهای حافظه دار برای کاربرد در سیستم های تنفسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد و متالورژی دانشکده فنی مهندسی دانشگاه اراک

2 کارشناسی ارشد شناسایی و انتخاب مواد، دانشگاه اراک

چکیده

در مطالعۀ حاضر، از روش اجزاء محدود برای بررسی اثرات پارامترهای هندسی روی رفتار ابرکشسانی هندسه جدید استنت Z شکل آلیاژ حافظه دار برای کاربرد در سیستم تنفسی با استفاده از تست بارگذاری شعاعی (کریمپینگ )استفاده شد. مدل ماده مورد استفاده جهت توصیف خواص ماده حافظه‌دار بر اساس انرژی ترمودینامیکی آزاد هلمهولتز(مدل آریشیو) بود. در این مطالعۀ عددی با ایجاد طرحی جدید از استنت، خواص مکانیکی مختلف و تغییر پارامترهای هندسی آن، عملکرد مکانیکی استنت‌ها به روش تحلیل المان محدود و مقایسه با نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای هندسی تغییر داده شده استنت، ضخامت، تعداد خمش و زاویۀ بین بازوهای استنت است. کاهش ضخامت استنت ها از 3/0 به 2/0 در زاویۀ بین بازوهای و تعداد خمش‌های یکسان استنت، باعث کاهش سفتی به میزان 87/37 درصد، کاهش نیروی استحکام مکانیکی شعاعی جهت باز کردن مجاری(COF) به میزان50 درصد،کاهش نیروی شعاعی به میزان 35/38 درصد و افزایش جابجایی به میزان 2/0 درصد شد. استنت‌های با ضخامت کمتر بدلیل حلقه هیسترزیس مکانیکی (ابرکشسانی) کاملتر، استحکام مکانیکی شعاعی جهت باز کردن مجاری(COF) کمتر، استحکام مکانیکی مقاومت کننده شعاعی مربوط به مجاری(RRF) بیشتر، نیروی شعاعی کمتر،سفتی کمتر، جابجایی بیشتر، تنش کمتر، کرنش بیشتر در نقاط بحرانی استنت و تشکیل درصد بالای مارتنزیت در کرنش کمتر، در ساختار استنت مطلوب‌ می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Computational evaluation of the effect of geometric parameters on the mechanical performance of shape memory alloy stents for use in the breathing systems

نویسندگان [English]

  • Fardin Nematzadeh 1
  • Mehdi Farahani 2
1 مدیر گروه بین رشته ای و فرا رشته ای دانشگاه اراک
2 Ms Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, Arak University
چکیده [English]

In the present study, the finite element method was used to study the effects of geometric parameters on superconductive behavior of new geometries Z- Shape of shape memory alloy stent for application in the trachea using a radial loading(crimping) test. The material model used to describe the properties of a shape memory material based on the Helmholtz free thermodynamic energy (Aurichio model). In this numerical study by creating a new design of the stent and by choosing different mechanical properties and changing its geometric parameters, the mechanical performance of the stents was evaluated using finite element analysis with empirical verification. The modified geometric parameters are the thickness, number of vertices and angles between the stents. Reducing the thickness of the stents from 0.3 to 0.2 in the same of angle between the length and the number of bends of the stent causes reducing the stiffness = 37.87%, reducing the radial mechanical strength to open ducts (COF) = 50%, reducing the radial force = 38.35% and increasing displacement = 0.2%. The stents with lower thickness have a better mechanical performance due to more complete mechanical hysteresis loop, less radial mechanical strength to open ducts(COF), more radial resistive mechanical strength related to ducts(RRF), less radial force, less stiffness, more displacement, less stress ,high strain at stent critical points, and high martensite formation at less strain.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shape memory alloy stent
  • Geometric parameters
  • Numerical Study
  • breathing systems