Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.152-155
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2008
The blood flow characteristics have been closely related to various cardiovascular diseases, it is very important to predict them accurate enough in an efficient way. Thus, this paper proposes a one-dimensional spectral element model for the blood flow through blood vessels. The spectral element model is formulated by using the variational method. The nonlinear terms in spectral element model are all treated as the pseudo-force and an iterative solution method is applied in the frequency domain.
This paper presents a structural analysis on the rigid and deformed motion of the leaflet induced by the blood flow required in the design of a bileaflet mechanical heart valve (MHV) prosthesis. In the study on the design and the mechanical characteristics of a bileaflet mechanical heart valve, the fluid mechanics analysis on the blood flow passing through leaflets, the kinetodynamics analysis on the rigid body motion of the leaflet induced by the pulsatile blood flow, and the structural mechanics analysis on the deformed motion of the leaflet are required sequentially and simultaneously. Fluid forces computed in the previous hemodynamics analysis on the blood flow are used in the kinetodynamics analysis on the rigid body motion of the leaflet. Thereafter, the structural mechanics analysis on the deformed motion of the leaflet follows to predict the structural strength variation of the leaflet as the leaflet thickness changes. Analysis results show that structural deformations and stresses increase as the fluid pressure increases and the leaflet thickness decreases. Analysis results also show that the leaflet becomes structurally weaker and weaker as the leaflet thickness becomes smaller than 0.6 mm.
In blood flow passing through the mechanical heart valve (MHV) and elastic blood vessel, hemolysis and platelet activation causing thrombus formation can be seen owing to the shear stress in the blood. Also, fracture and deformation of leaflets can be observed depending on the shape and material properties of the leaflets which is opened and closed in a cycle. Hence, comprehensive study is needed on the hemodynamics which is associated with the motion of leaflet and elastic blood vessel in terms of fluid-structure interaction. In this paper, a numerical analysis has been performed for a three-dimensional pulsatile blood flow associated with the elastic blood vessel and curved bileaflet for multiple cycles in light of fluid-structure interaction. From this analysis fluttering phenomenon and rebound of the leaflet have been observed and recirculation and regurgitation have been found in the flow fields of the blood. Also, the pressure distribution and the radial displacement of the elastic blood vessel have been obtained. The motion of the leaflet and flow fields of the blood have shown similar tendency compared with the previous experiments carried out in other studies. The present study can contribute to the design methodology for the curved bileaflet mechanical heart valve. Furthermore, the proposed fluid-structure interaction method will be effectively used in various fields where the interaction between fluid flow and structure are involved.
Three-dimensional blood flow in the sac of the KTAH(Korean total artificial heart) is simulated using fluid-structure interaction model. The aim of this study is to delineate the three-dimensional unsteady-blood flow in the sac of KTAH. Incompressible viscous flow is assumed for blood using the assumption of Newtonian fluid. The numerical method employed in this study is the finite element software called ADINA. Fluid-structure interaction model between blood and sac is utilized to represent the deformation of the sac by the rigid moving actuator. Three-dimensional geometry of cactus type KTAH is chosen for numerical model with prescribed pressure boundary condition on the sac surface. Blood flow is generated by the motion of moving actuator and strongly interacts with the solid material surrounding blood. High shear stress is observed mainly near the inlet and outlet of the sac.
Artificial heart is divided by pulsation flow type and continuous flow type according to blood circulation pattern. Axial flow blood pump is a kind of continuous flow type artificial heart. Axial flow blood pump would be different pump performance according to impeller's shape and rotating velocity. Pump performance be able to compare by flow rate according to differential pressure and Impeller's rotating velocity. It confirms Impeller model of better efficiency according to compare Pump performance of axial flow blood pump using CFD with actual experiment result.
The three-dimensional flow analysis using the finite volume method is presented to compare the steady flow characteristics of blood with those of blood substitutes such as water and aqueous polymer solution in an idealized double branching model. The model is used to simlllate the region of the abdominal aorta near the celiac and superior mesenteric branches. Apparent viscosities of blood and the aqueous Separan solution are represented as a function of shear rate by the Carreau model, Water and aqueoiu Separan AP-273 500wppm solution are frequently used as blood substitutes in vitro experiments. Water is a typical Newtonian fluid and blood and Separan solution are non-Newtonian fluids. Flow phenomena such as velocity distribution, pressure variation and wall shear stress distribution of water, blood and polymer solution are quite different due to differences of the rheological characteristics of fluids. Flow phenomena of polymer solution are qualitatively similar to those of blood but the phenomena of water are quite different from those of blood and polymer solution. It is recommended that a lion-Newtonian fluid which exhibits very similar rheological behavior to blood be used in vitro experiments. A non-Newtonian fluid whose rheological characteristics are very similar to those of blood should be used to obtain the meaninylll hemodynamic data for blood flow in vitro experiment and by numerical analysis
Cerebral aneurysm mostly occurs at a bifurcation of the circle of Willis. When the cerebral aneurysm is ruptured, a disease like subarachnoid hemorrhage and stroke is caused and this can be even deadly for patients. Generally it is known that causes of the intracranial aneurysm are a congenital deformity of the artery and pressure or shear stress from the blood flow. A blood flow pattern and the geometry of the blood vessel are important factors for the aneurysm formation. Research for several hemodynamic indices has been performed and these indices can be used for the prediction of aneurysm initiation and rupture. Therefore, the numerical analysis was performed for hemodynamic characteristics of the blood flow through the cerebral artery applying the various bifurcation angle and flow rate ratio. We analyze the flow characteristics using indices from the results of the numerical simulation. In addition, to investigate the flow pattern in the aneurysm according to the bifurcation angle and the flow rate ratio, we performed the numerical simulation on the supposition that the aneurysm occurs.
In this study, a numerical analysis has been performed for a three-dimensional pulsatile blood flow associated with the elastic blood vessel and curved bileaflet for multiple cycles in terms of fluid-structure interaction. Here, blood has been assumed as a Newtonian, incompressible fluid. Pressure profiles have been used as boundary conditions at the ventricle and the aorta. From this analysis, the motion of the leaflet has been observed with fluttering phenomenon and rebound, and the flow fields of blood have been obtained with recirculation and regurgitation. The results can contribute to the development of design methodology for the curved bileaflet mechanical heart valve.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.4
no.4
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pp.5-12
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2003
This paper discusses about the thickness effects on the structural durability of a bileaflet mechanical heart valve (MHV). In the study on the design and the mechanical characteristics of a bileaflet mechanical heart valve, the fluid mechanics analysis on the blood flow passing through leaflets, the kinetodynamics analysis on the rigid body motion of the leaflet induced by the pulsatile blood flow, and the structural mechanics analysis for the deformed leaflet are required sequentially and simultaneously. Fluid forces computed in the fluid mechanics analysis on the blood flow are used in the kinetodynamics analysis for the leaflet motion. Thereafter, the structural mechanics analysis for the deformed leaflet follows to predict the structural strength variation of the leaflet as the leaflet thickness changes. Analysis results show that structural deformations and stresses increase as the fluid pressure increases and the leaflet thickness decreases. Analysis results also show that the leaflet becomes structurally weaker and weaker as the leaflet becomes thinner and thinner.
Cerebral aneurysm mostly occurs at a bifurcation of the circle of Willis. When the cerebral aneurysm is ruptured a disease like subarachnoid hemorrhage and stroke is caused and this can be even deadly for patients. Generally it is known that causes of the intracranial aneurysm are a congenital deformity of the artery and pressure or shear stress from the blood flow. A blood flow pattern and the geometry of the blood vessel are important factors for the aneurysm formation. Research for several hemodynamic indices has been performed and these indices can be used for the prediction of aneurysm initiation and rupture. Therefore, the numerical analysis was performed for hemodynamic characteristics of the blood flow through the cerebral artery applying the various bifurcation angle and flow rate ratio. We analyze the flow characteristics using indices from the results of the numerical simulation. In addition, to investigate the flow pattern in the aneurysm according to the bifurcation angle and the flow rate ratio, we performed the numerical simulation on the supposition that the aneurysm occurs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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