Abaqus血管支架仿真|几何和网格划分

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依计划，根据心情依次推送支架的建模基础、几何和网格划分、单元选择、材料和截面属性、分析步设置、载荷接触和约束、收敛调整，以及后处理、参数优化等内容。

接着昨天推送的Abaqus血管支架仿真|建模基础，今天讲解Abaqus/CAE的支架几何创建及其网格划分相关内容。

Abaqus

1. 模型介绍

支架分析模型通常包含三个主要部分：Stent支架、在制造和开发过程中与支架相互作用的工具、放置支架处的血管。

支架的建模方法取决于其制造方式，但都可以使用Abaqus/CAE创建激光切割支架和金属丝支架。通常忽略不计卷曲和扩张工具的自身变形，大多数分析考虑其为刚性，有时气球被建模为可变形的。血管通常设置为可变形体，可是已知形状的测试血管几何，或从医学成像获得腔体几何。

2. 支架创建

针对激光切割支架，按照设计图，激光束指向金属管的轴线切割金属管。其几何特征有支架的外表面遵循激光切割所用设计图，支架的侧面沿圆柱的径向；建模所用的初始几何为用于激光切割机加的平面2D。

▲ 激光切割支架

针对激光切割支架的具体创建，Abaqus/CAE操作如下：

1）导入草图

Abaqus/CAE导入平面激光切割模型，作为草图或Part；Abaqus/CAE支持大多数几何文件。

▲Abaqus/CAE导入草图或Part

对于重复模式的设计，识别一致的胞元，通过阵列，能够极大地简化网格。

▲ 识别胞元

2）切分部件和划分网格

对2D部件进行切分。为了提高网格质量，几何体应尽可能切分成四边形区域，且分区边界尽可能垂直于表面，以优先使用结构网格划分技术。

▲ 切分几何

布种和网格划分四边形单元。在应力预期较高的弯曲处设置细化单元，而沿着直线部分设置较少单元，并使用偏差布种以逐渐改变单元的尺寸。

▲ 划分网格

3）创建实例

在装配环境，创建胞元实例Instance，再调整位置和线性阵列，以重复胞元实例，生成完整的实例。

▲ 阵列胞元，创建实例

4）在接缝处，合并节点

▲ 合并接缝处节点

5）平面单元拉伸为实体单元

▲拉伸实体单元

6）WrapMesh Plug-In卷曲网格为管状

WrapMesh插件请参考Abaqus网格卷曲WrapMesh。

▲ Wrap 网格为管状

7）合并接缝处的重复节点

▲合并节点

针对线形支架，是将金属或聚合物线缠绕或编织在芯轴上。其几何特征相对于胞元间距，线径较小，通常使用Beam梁单元。如用于应力集中研究，则使用实体单元。模型通常是先制成平面状，再卷成管状。

▲ 线形支架

线形支架的建模要点，同样是要识别重复胞元，简化模型构建。在Abaqus/CAE中具体操作步骤如下。

1）创建胞元块：凸起线

l = a / (2 cosβ)

▲ 胞元块

2）创建实例

在装配环境，导入凸起线4次，以创建重复的编织实例。

3）线性阵列重复的胞元

阵列创建沿轴向和周向的平面编织几何，并合并接缝节点。

▲编织平面几何

4）卷圆单元

采用Wrap Mesh插件卷曲平面编织几何成为管状，并合并接缝处重复节点。

▲ Wrap Mesh管状

3. 扩张和卷曲工具创建

在制造和植入时，有多个工具与支架接触交互，包括：用于退火前扩张激光切割支架的扩张工具，用于减小支架直径，使其匹配传送系统的卷曲机，以及用于放置支架的气球。他们的共同特征是只需创建与支架相互作用的表面，并通过一定的机制改变与支架相互作用的表面半径。

其它类似的建模方法也可用于这些工具，比如使用面或膜单元建模表面，可在不考虑驱动机构的情况下，采用径向边界条件模拟扩张或卷曲。

对于复杂工况，如分叉，可采用用户子程序RSURFU建模。RSURFU子程序用于Abaqus/Standard中定义接触对的刚体表面；仿真过程中，曲面形状发生变化，调用子程序RSURFU，确定从面上的点是否穿透刚性面，因此，定义局部表面几何，如果接触发生在从属点，Abaqus/Standard将施加约束防止穿透。有关此RSURFU子程序的详细信息，请参阅Abaqus用户子程序参考指南。

对于RSURFU，有ART(可调刚性环面)插件可用，用于刚性环面，模拟支架的卷曲，扩张和弯曲，但不能用于模拟分叉。同时，由于不能在Abaqus/CAE中可视化使用RSURFU定义的刚性面，因此使用DISP子程序驱动虚拟表面进行可视化。