Течение крови в артериях с упругими стенками: расчет методом конечных элементов

Биомеханика кровообращения - наука, занимающаяся исследованием процессов, происходящих в сердечно-сосудистой системе человека, в его артериях, венах, сердце и т.п. с точки зрения механики Моделирование течения крови в артериях сегодня является одной из важнейших задач биомеханики кровообращения. Решение этой задачи позволит описать НДС стенок сосудов, характер движения крови и другие характеристики. Численное моделирование поведения сосудов человека помогает понять процессы, происходящие в системе кровообращения человека, выявить ее особенности, объяснить патогенез многих заболеваний. Известно, что атеросклероз - очаговое хроническое заболевание сосудов, выражающееся в появлении отложений на стенках, сужении просвета (стенозе) и, как следствие, приводящее к недостаточному кровоснабжению органов и систем. Часто атеросклероз приводит к инфарктам и ишемическим инсультам. Сегодня существует много теорий атерогенеза. Одной из самых распространенных и признанных является теория, в соответствии с которой атеросклеротические отложения имеют механический генез. Это означает, что повреждение сосудистой стенки и появление на ней атеросклеротических отложений происходит вследствие влияния на стенку сосуда механических факторов. Эти факторы - низкие касательные напряжения на стенке, высокие эффективны напряжения в стенке и высокие циклические деформации, впервые были описаны Malek. На сегодняшний день эта теория активно используется и подтверждается клиническими данными. Очевидно, что задачи биомеханики кровообращения обычно являются трехмерными и сложными. В таком случае очень удобным является метод численного моделирования, позволяющий просчитать процесс деформирования и нагружения стенки артерии под действием движения крови и выявить наличие описанных выше механических факторов. Для того, чтобы описать поведение артерии с упругими стенками, нужно решить связанную упруго-гидродинамическую задачу. Задачи данного вида сложны не только в постановке, но и в решении. Поэтому их решают методом конечных элементов, используя при этом современное программное обеспечение типа ANSYS, COMSOL, ADINA и т.п. и высокопроизводительные компьютеры. В следующей статье опишем процедуру расчета методом конечных элементов связанной упруго-гидродинамической задачи с помощью пакета ANSYS.