Kim, Dongmin;Hwang, Jinyul;Min, Too-Jae;Jo, Won-Min
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.20
no.1
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pp.52-63
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2022
Direct numerical simulation of blood flow in a stenosed, patient-specific carotid artery was conducted to explore the transient behavior of blood flow with special emphasis on the wall-shear stress distribution over the transition region. We assumed the blood as an incompressible Newtonian fluid, and the vessel was treated as a solid wall. The pulsatile boundary condition was applied at the inlet of the carotid. The Reynolds number is 884 based on the inlet diameter, and the maximum flow rate and the corresponding Womersley number is approximately 5.9. We found the transitional behavior during the acceleration and deceleration phases. In order to quantitatively examine the wall-shear stress distribution over the transition region, the probability density function of the wall-shear stress was computed. It showed that the negative wall-shear stress events frequently occur near peak systole. In addition, the oscillatory shear stress index was used to further analyze the relationship with the negative wall-shear stress appearing in the systolic phase.
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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v.1
no.1
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pp.41-47
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2003
The patency rates of small diameter vascular grafts are disappointing because of the formation of thrombus and intimal hyperplasia. Among the various factors influencing the success of graft surgery, the compliance and the size of a graft are believed to be the most important physical properties of a vascular graft. Mismatch of compliance and size between an artery and a graft alters anastomotic flow characteristics, which may affect the formation of intimal hyperplasia. Among the hemodynamic factors influencing the development of intimal hyperplasia, the wall shear stress is suspected as the most important one. The wall shear stress distributions are experimentally measured near the end-to-end anastomosis models in order to clarify the effects of compliance and diameter mismatch on the hemodynamics near the anastomosis. The effects of radial wall motion, diameter mismatch and impedance phase angle on the wall shear rate distributions near the anastomosis are considered. Compliance mismatch generates both different radial wall motion and instantaneous diameter mismatch between the arterial portion and the graft portion during a flow cycle. Mismatch in diameter seems to be affecting the wall shear rate distribution more significantly compared to radial wall motion. The impedance phase angle also affects the wall shear rate distribution.
In the present study, flow characteristics of turbulent oscillatory flow in an oscillator connected to square-sectional $180^{\circ}$ curved duct are investigated experimentally. In order to investigate wall shear stress and pressure distributions, the experimental studies for air flows we conducted in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct by using the LDV system with the data acquisitions and the processing system. The wall shear stress at bend angle of the $150^{\circ}$ and pressure distribution of the inlet (${\phi}=0^{\circ}$) to the outlet (${\phi}=180^{\circ}$) by $10^{\circ}$ intervals of the duct are measured. The results obtained from the experiment are summarized as follows : wall shear stress values in the inner wall we larger than those in an outer wall, except for the phase angle (${\omega}t/{\pi}/6$) of 3, because of the intensity of secondary flow. The pressure distributions are the largest in accelerating and decelerating regions at the bend angle(${\phi}$) of $90^{\circ}$ and pressure difference of inner and outer walls is the largest before and after the ${\phi}=90^{\circ}$.
The present study investigated flow dynamics of a two-dimensional abdominal aortic bifurcation model under sinusoidal flow conditions considering wall motion. impedance phase angle(time delay between pressure and flow waveforms), and non-Newtonian fluid using computational fluid dynamics. The wall shear stress showed large variations in the bifurcated region and the wall motion reduced amplitude of wall shear stress significantly. As the impedance phase angle was changed to more negative values, the mean wall shear stress (time-averaged) decreased while the amplitude (oscillatory) of wall shear stress increased. At the curvature site on the outer wall where the mean wall shear stress approached zero. influence of the phase angle was relatively large. The mean wall shear stress decreased by $50\%$ in the $-90^{\circ}$ phase angle (flow wave advanced pressure wave by a quarter period) compared to the $0^{\circ}$ phase angle while the amplitude of wall shear stress increased by $15\%$. Therefore, hypertensive patients who tend to have large negative phase angles become more vulnerable to atherosclerosis according to the low and oscillatory shear stress theory because of the reduced mean and the increased oscillatory wall shear stresses. Non-Newtonian characteristics of fluid substantially increased the mean wall shear stress resulting in a less vulnerable state to atherosclerosis.
The present study dictates the behavior of shear wall under a seismic event in slender high rise buildings, and studies the effect of height, location and distribution of shear wall in slender high rise building with and without boundary elements induced by the effect of an earthquake. Shear walls are located at the sides of the building, to counter the earthquake forces. This study is carried out in a 12 storeys building using SAP2000 software. The obtained results disclose that the behavior of the structure is definitely affected by the height and location of shear walls in slender high rise building. The stresses are concentrated at the limit between the shear wall region and the upper non shear wall especially for shear walls without columns. Displacements are doubled between the shear wall region and the upper non shear wall especially for shear walls without columns.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.197-202
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2001
It is necessary to Investigate long-term behavior of vertical members such as column and shear wall because the long-term behavior induces the serviceability problem of reinforce-concrete structures. However, the long-term behavior on shear wall has not been fully studied. Experimental works are performed to understand the time dependent behavior of shear wall, especially the effect of loading area in this research. Three different types of cross sections are adopted, i.e., 10$\times$10 cm, 10$\times$30 cm, and 10$\times$50 cm with the same loading area of 10$\times$10 cm. The creep strains were different from point to point in the section of the shear wall specimen because of the nonlinear stress distribution. The effect of the nonlinear stress distribution was larger in the specimen with the larger width.
Wall shear rate or stress is believed to be a major hemodynamic variable influencing atherosclerosis and artery-graft anastomic intimal hyperplasia. The purpose of this study is to verify the effects of radial wall motion, artery-graft compliance and diameter mismatch, and impedance phase angle on the wall shear rate distribution near an end-to-end artery-graft anastomosis model. The results show that radial wall motion of the elastic artery model lowers the mean wall shear rates under pulsatile flow condition by 15 to 20 % comparing to those under steady flow condition at the same mean flow rate. Impedance phase angle seems to have small effects on the mean and amplitude of the wall shear rate distribution. In order to study the effects of compliance and diameter mismatch on the wall shear rates, two models are studied-Model I has 6% and Model I has 6% and Model II has 11% smaller graft diameter. Divergent geometry caused by diameter mismatch near the distal sites reduces the mean wall shear rates significantly, and this low shear region is believed to be prone to intimal hyperplasia.
The objective of the present study is to evaluate the effects of the stenting shapes on flow velocity and wall shear stress in angulated coronary stenosis by computer simulation. Coronary angiogram and Doppler ultrasound measurement in the patients with angulated coronary stenosis were obtained. Inlet wave velocity distribution obtained from in vivo intracoronary Doppler data was used for the numerical simulation. Spatial pattern of blood flow velocity and recirculation area were drawn through out the selected segment of coronary models. Wall shear stresses in the intracoronary stent models were calculated from three-dimensional computer simulation. A negative shear stress region, which is consistent with re-circulation area on flow pattern, was noted on the inner wall of post-stenotic area of pre-stenting model. The negative shear stress was disappeared after stenting. Shear stress in the post-stenting model was markedly reduced up to about two orders of magnitude compared to that of the pre-stenting model.
In the present study, flow characteristics of turbulent oscillatory flow in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct are investigated experimentally. In order to measure wall shear stress and pressure distributions, experimental studies for air flow are conducted in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct by using the LDV system with the data acquisition and the processing system. The wall shear stress measuring point bend angle of the $150^{\circ}$ and pressure distribution of the inlet (${\phi}=0^{\circ}$) to the outlet (${\phi}=180^{\circ}$) at $10^{\circ}$ intervals of the duct. The results obtained from the experimentation are summarized as follows: A wall shear stress value in an inner wall is larger than that in an outer wall, except for the phase angle (${\omega}t/{\pi}/6$) of 3, because of the intensity of secondary flow. The pressure distributions are the largest in accelerating and decelerating regions at the bend angle(${\phi}$) of $90^{\circ}$ and pressure difference of inner and outer walls is the largest before and after the ${\phi}=90^{\circ}$.
The present study investigated flow dynamics of a straight elastic blood vessel under sinusoidal flow conditions in order to understand influence of wall motion and impedance phase angle(time delay between pressure and flow waveforms) on wall shear stress distribution using computational fluid dynamics. For the straight elastic tube model considered in the our method of computation. The results showed that wall motion induced additional terms in the axial velocity profile and the pressure gradient. These additional terms due to wall motion reduced the amplitude of wall shear stress and also changed the mean wall shear stress. Te trend of the changes was very different depending on the impedance phase angle. As the wall shear stress increased. As the phase angle was reduced from 0$^{\circ}$to -90$^{\circ}$for ${\pm}$4% wall motion case, the mean wall shear stress decreased by 10.5% and the amplitude of wasll shear stress increased by 17.5%. Therefore, for hypertensive patients vulnerable state to atherosclerosis according to low and oscillatory shear stress theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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