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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

研究課題

研究課題/領域番号 11680855
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関関西大学

研究代表者

板東 潔 (坂東 潔)  関西大学, 工学部, 教授 (70156545)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2001年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2000年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
1999年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
キーワード計算力学 / 数値シミュレーション / バイオメカニクス / 連成問題 / 血流 / チューブ則 / コラプシブルチューブ / 拍動流 / 有限要素法
研究概要

血管内の血流動態異常が動脈硬化や動脈瘤等の血管病変の成因となることが知られている。したがって,体内の血流状態を正確に把握することが,血管病変の予防と治療に役立つと考えられる。そこで,本研究ではコンピュータを用いた計算力学の方法により,血管内の流れを解析することを目的とする。コラプシブルチューブとは血管を模擬したつぶれやすい柔軟なチューブのことであり,体外模擬実験や数値シミュレーションでの血管モデルとして使われる。そこで本研究においてもコラプシブルチューブを血管のモデルとして扱い,血流とチューブの変形に関する連成問題を解いた。
この連成問題はチューブ則を用いると流れ方向の一次元問題として定式化することが可能となる。そこで,チューブ則を用いて血管内の拍動流をコラプシブルチューブを伝播する単一脈派とモデル化して解析し,圧力波に関する解析結果と実測結果を比較して良好な一致を確認した。次に,このチューブ則を数値計算により二次元的に高精度計算する方法を示し,同時にコラプシブルチューブの座屈大変形の三次元数値シミュレーションを行い,チューブ則に及ぼすチューブ端面の三次元効果やその除去法について考察した。
大動脈弓をモデル化したテーパ付き曲り管内の拍動流を三次元解析し,流速分布を実験と比較すると共に特有な二次流れの構造を明らかにした。この流れでは管壁は剛体壁として扱ったが,次にチューブが流れにより座屈大変形した場合のチューブ軸方向の圧力分布を計算する方法を示した。同時に,このチューブ形状に対するチューブ内の三次元流れを数値的に求め,流速分布を実測結果と比較して良好にすることを確認し,さらに断面内二次流れ,せん断速度分布,壁せん断応力の分布を計算して,8文字形に座屈変形した断面の中心部に高い壁せん断応力域が発生することを示した。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] K.Ohba, K.Bando, A.Sakurai, Y.Tamura, K.Itonaga: "Numerical Simulation and Experimental Verification of Wave Propagation in a Collapsible Tube"JSME International Journal(Ser. C). 42・3. 697-705 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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). 64・644. 1406-1412 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kamimura, K.Ohba, K.Bando: "Two-Dimensional Numerical Simulation and Experiment on Large Deformation of Collapsible Tube"JSME International Journal(Ser. C). 43・4. 889-894 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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. No.00-26. 71-72 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 上村匡敬, 大場謙吉, 板東潔, 花園兼一: "大変形したコラプシブルチューブ内の軸方向圧力分布の予測"日本機械学会論文集(B編). 68・666(印刷中). (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 堂園明寛, 板東潔, 大場謙吉: "座屈大変形したコラプシブルチューブ内の定常流の数値シミュレーション"日本機械学会第77期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Ohba, K.Bando, H.Kamino, T.Urabe, S.Ikedo, Y.Fujita: "Clinical Application of Computational Mechanics to the Cardiovascular System, Springer"Numerical Simulation and Experiment of Pulsatile Flow in Modeled Aortic Arch. 14 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Ohba, K.Bando, A.Sakurai, Y.Tamura, K.Itonaga: "Numerical Simulation and Experimental Verification of Wave Propagation in a Collapsible Tube"JSME International Journal (Ser. C). 42-3. 697-705 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kamimura, K.Ohba, K. Bando: "Two-Dimensional Numerical Simulation and Experiment of Large Deformation of Collapsible Tube (in Japanese)"Trans. JSME (Ser. C). 64-64. 1406-1412 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kamimura, K. Ohba, K. Bando: "Two-Dimensional Numerical Simulatio and Experiment on Large Deformation of Collapsible Tube"JSME International Journal (Ser. C). 43-4. 889-894 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Bando: "Biomechanics of collapsible vein (in Japanese)"BME (Bio-medical Engineering). 14-10. 38-40 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Bando, K. Ohba: "Numerical Deformation Simulation of Collapsible Tube Modeled by Iso-parametric Shell Element (in Japanese)"Proc. 11th JSME Autumn Bio-engineering Conf. And Seminer. No.00-26. 71-72 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Kamimura, K. Ohba, K. Bando, K. Hanazono: "Predictoin of Pressure Distribution in Largely Deformed Collapsible Tube (in Japanese)"Trans. JSME (Ser. B). 68-666(in press). (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Douzono, K. Bando, K. Ohba: "Numerical Simulation of Steady Flow in Hghly Drformed Collaspsible Tube with Buckling (in Japanese)"Proc. 77th General conf. Of JSME Kansai. in Press. (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Ohba, K. Bando, H. Kamino, T. Urabe, S. Ikedo, Y. Fujita: "Springer"Numerical Simulation and Experiment of Pulsatile Flow in Modeled Aortic Arch, Clinical Application of Computational Mechanics to Cardiovasular System. 14 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 上村匡敬, 大場謙吉, 板東潔, 花園兼一: "大変形したコラプシブルチューブ内の軸方向圧力分布の予測"日本機械学会論文集(B編). 68・666(印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 堂園明寛, 板東潔, 大場謙吉: "座屈大変形したコラプシブルチューブ内の定常流の数値シミュレーション"日本機械学会第77期定時総会講演会講演論文集. [印刷中]. (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] k.Ohaba, T.Kamimura, K.Bando, K.Hanazono: "Distribution of Flow Velocity and Pressure in a Largely Deformed Collapsible Tube"Proc. IUTAM Symp. on Flow in Collapsible Tubes and Past Other Highly Compliant Boundaries. 4-1-4-2 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Ohba,K.Bando,H.Kamino,T.Urabe,S.Ikedo,Y.Fujita: "Clinical Application of Computational Mechanics to the Cardiovascular Svstems"Springer. 14 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kenkichi Ohba, Kiyoshi Bando, et al.: "Numerical Simulation and Experimental Verification of Wave Propagation in a Collapsible Tube"JSME International Journal. Ser.C,42-3. 697-705 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 上村匡敬,大場謙吉,坂東潔: 日本機械学会論文集. B編(掲載予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kenkichi Ohba, Kiyoshi Bando, et al.: "Clinacal Application of Computational Mechanics to the Cardiovascular System"Springer-Verlag Tokyo (掲載予定). 15 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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