弯曲动脉壁非线性弹性力学性质的理论分析

血管壁非线性力学特性是探索心血管中的血液流动规律及脉搏波传播现象的一个重要前提．在血管力学研究中,直管动脉壁的本构方程已有相当深人的研究,唯独象主动脉弓那样的弯管动脉壁本构方程;至今还没有建立一个理论模型．文中在已有的直管动脉壁本构方程研究基础上,提出一个理论方法来分析弯曲动脉壁的非线性弹性力学性质,在弯曲动脉壁被模拟为均质、正交各向异性、不可压缩材料的前提下,作者从理论上建立了一个表达弯管动脉壁非线性弹性性质的三维ｅ指数型本构方程文中还探讨了弯曲动脉壁内的残余应变分析．     

生物力学的两个核心问题

生物力学应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究。本文把“本构关系”和“应力-生长关系”总结为生物力学的两个核心问题。通过“血浓于水”、“动脉硬化”、“骨头受力”这3个例子说明本构关系的含义;通过“骨生长”、“硬气功”、“高血压与心血管病”这3个例子说明应力-生长关系的含义。本文内容可以启发读者从身边的事物中体会生物力学的科学道理。     

颈动脉分支的血流动力学数值模拟

采用有限元法数值模拟颈动脉分支的血流动力学。根据在体测量的实际尺寸来构造颈动脉分支的几何模型，以保持模型的解剖精确度；利用在体测量的颈内动脉和颈外动脉流量波形以及主颈动脉的压力波形来确定数值计算的边界条件，以保持数值计算的生理真实性。关注的重点是颈动脉窦内的局部血流形态、二次流和壁面剪应力。在心脏收缩的减速期和舒张期的某些时刻，颈动脉窦中部外侧壁面附近产生了流动分离，形成了一个低速回流区。该流动分离是瞬态的，导致了壁面剪应力的振荡，其振荡范围在-2～6dyn／cm^2之间。同时，颈动脉窦中部横截面内的二次流存在于整个心动周期，最大的二次流速度为同时刻轴向速度平均值的1／3左右。     

血流动力学数值模拟与动脉粥样硬化研究进展

血流动力学因素被认为与动脉粥样硬化等病理改变密切相关。目前血流动力学数值模拟的对象，主要集中于分支动脉、弯曲动脉以及因血管内膜增生而导致的局部狭窄动脉，这些都是动脉粥样硬化多发的病灶部位。精确的血流动力学数值模拟，必须依赖于解剖精确的血管几何模型和生理真实的血流与管壁有限变形的非线性瞬态流－固耦合。只有在“虚拟血液流动”的基础上，综合考虑血管内的壁面剪应力、粒子滞留时间和氧气的跨血管壁传输等多种因素，血流动力学的数值模拟才能真正有助于人们理解动脉粥样硬化的血流动力学机理，才有可能应用于有关动脉疾病的外科手术规划中。     

生物力学的两个核心问题

生物力学应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究。本文把"本构关系"和"应力–生长关系"总结为生物力学的两个核心问题。通过"血浓于水"、"动脉硬化"、"骨头受力"这3个例子说明本构关系的含义;通过"骨生长"、"硬气功"、"高血压与心血管病"这3个例子说明应力–生长关系的含义。本文内容可以启发读者从身边的事物中体会生物力学的科学道理。     

冠状动脉对称双路移植管中脉动血流的数值模拟

冠状动脉旁路移植管搭桥术后，常会产生血管再狭窄，导致手术失败，。这与移植管的几何结构及血流动力学是密切相关的。作为改进措施，作者提出了采用对称双路搭桥的设想。本文利用有限元分析方法，对冠状动脉搭桥术中对称双路移植管内的生理流动进行了数值仿真。计算了缝合区附近的流场、壁面切应力、压力等血流动力学因素在心动周期内的时空分布情况。计算结果表明，对称双路搭桥具有较好的血流动力学，可以改善血管流场状况和减轻再狭窄发生。这对临床手术计划是很有帮助和指导意义的。     

弯曲动脉的血流动力学数值分析

利用计算流体力学的理论和方法对弯曲动脉中的血流动力学进行数值分析，是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法。本文将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来作为弯曲动脉几何模型，给出了血液流动的边界条件以及计算条件。根据生理脉动流条件，对狗的弯曲动脉几何模型内发展中的血液流动进行了有限元数值模拟，并利用可视化方法对血液流动的轴向速度、二次流、壁面切应力等计算结果进行了分析。研究结果表明，在弯管内侧壁处，同时存在主流方向和二次流方向的回流，此处容易形成涡流。弯管内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性。     

角质层渗透性质的有限元数值模拟计算

角质层是皮肤屏障作用的最主要部分，它决定了外界物质对皮肤的渗透情况．在假设角质层细胞为一种三维的十四面体（物理学经典的tetrakaidecahedron体）的情况下，利用有限元法对角质层渗透性质进行了数值模拟研究．为此，首先完成了对角质层空间结构的网格拆分，拆分过程分两步进行：1．对角蛋白细胞的网格拆分；2．对角蛋白细胞周围的网状脂质体的网格拆分．在数值模拟过程中，则用有限元法得到方程离散的格式，用多重网格算法降低高频误差，提高计算精度．最后，给出了数值模拟结果的可视化效果图．     

FINITE ELEMENT METHOD ON NUMERICAL SIMULATION OF STRATUM CORNEUM''''S PENETRATION PROPERTY

How the outer substance could penetrate through the skin lies in the stratum corneum, because it is the main barrier in the multi-layers of the skin. Supposing the keratin cell with a special geometry as tetrakaidecahedron, the penetration property of stratum corneum was the key problem which was numerically simulated with finite element method. At first the discretization of the stratum corneum region was given in two steps: first, the discretization of the keratin cell; second, the discretization of fattiness that surrounds the keratin. Then there was the work of numerical simulation. In this procedure, the finite element method and the multi-grid method were used. The former was to obtain the discretization of basic elements; the latter was to decrease the high frequency error. At last the visualization of the numerical simulation was shown.     

FINITE ELEMENT METHOD ON NUMERICAL SIMULATION OF STRATUM CORNEUM＇S PENETRATION PROPERTY

How the outer substance could penetrate through the skin lies in the stratum corneum, because it is the main barrier in the multi-layers of the skin. Supposing the keratin cell with a special geometry as tetrakaidecahedron, the penetration property of stratum corneum was the key problem which was numerically simulated with finite element method. At first the discretization of the stratum corneum region was given in two steps： first, the discretization of the keratin cell; second, the discretization of fattiness that surrounds the keratin. Then there was the work of numerical simulation. In this procedure, the finite element method and the multi-grid method were used. The former was to obtain the discretization of basic elements; the latter was to decrease the high frequency error. At last the visualization of the numerical simulation was shown.