2000 Fiscal Year Annual Research Report
計算力学的手法によるコラプシブルチューブと拍動流れの連成問題の解析
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11680855
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
板東 潔 関西大学, 工学部, 教授 (70156545)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桜井 篤 関西大学, 工学部, 専任講師 (50162334)
大場 謙吉 関西大学, 工学部, 教授 (30029186)
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| Keywords | 計算力学 / 拍動流 / 数値シミュレーション / バイオメカニクス / 連成問題 / 血流 / コラプシブルチューブ / 有限要素法 |
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| Research Abstract |
コラプシブルチューブの座屈変形を対象として,二次元および三次元の数値シミュレーション,および実験との比較を行った。実験では長さ160mmのシリコンゴム製のチューブを用い,チューブ内で一様な経壁圧を静的に変化させ,チューブの断面形状をレーザライトシートにより可視化を行った。二次元の計算では,薄肉シェルに対する座屈理論より導かれる基礎式を数値的に解き,チューブの変形形状を求めた。三次元計算では,アイソパラメトリックシェル要素を用いてチューブをモデル化し,変形解析法としては全ラグランジュ法に基づいた非線形有限要素法を用いた。計算と実験との比較の結果,以下のことが明らかとなった。コラプシブルチューブの端面から離れた中央領域での断面形状は,二次元計算により解析が可能である。流れと壁の変形との一次元連成問題で用いられるチューブ則については,二次元計算により予測が可能である。コラプシブルチューブ端面は通常は剛体円管に接続され,座屈時のチューブ形状は端面近傍ではチューブ軸方向に大きく変化し,このため三次元解析が不可欠である。コラプシブルチューブはゴム製であるが,線形弾性体としての取り扱いが可能であり,微小歪みを仮定しても妥当な座屈大変形が得られた。大動脈弓をモデル化した管内の拍動流に対する実験,および三次元数値シミュレーションを行った。ただし,血管壁は剛体壁とし,大動脈弓のモデルとしてテーパ付きU字管を用い,流体はニュートン流体を用いた。断面内での管軸方向流速分布について実験結果と計算値とで比較を行い,計算によりほぼ実測値が予測できることを示した。
また,断面内二次流れの計算結果を示し,曲管内の定常流に発生する二次流れとは異なり.一対の渦が流れるとともに三対の渦に変化し,さらに曲がりの終端部では一対の渦にもどる特異な二次流れとなることを明らかにした。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] 上村匡敬,大場謙吉,板東潔: "コラプシブルチューブの大変形の2次元数値シミュレーションおよび実験との比較"日本機械学会論文集,C編. 66-644. 1406-1412 (2000)
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[Publications] 板東潔: "つぶれる静脈のバイオメカニクス"BME(医用電子と生体工学). 14-10. 38-40 (2000)
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[Publications] T.KAMIMURA,K.OHBA and K.BANDO: "Two-Dimensional Numerical Simulation and Experiment on Large Deformation of Collapsible Tube"JSME International Jouunal, Series C. 43-4. 889-894 (2000)
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[Publications] 板東潔,大場謙吉: "アイソパラメトリックシェル要素でモデル化したコラプシブルチューブの変形の数値シミュレーション"第11回バイオエンジニアリング学術講演会・秋季セミナー講演論文集. 00-26. 71-72 (2000)
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[Publications] K.Ohba,K.Bando,H.Kamino,T.Urabe,S.Ikedo,Y.Fujita: "Clinical Application of Computational Mechanics to the Cardiovascular Svstems"Springer. 14 (2000)
