دانلود پایان نامه ارشد : شبیه­ سازی قلب در حال تپش، با در نظرگرفتن اندرکنش جداره و میدان جریان

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی  مکانیک

گرایش : طراحی کاربردی 

عنوان : شبیه­ سازی قلب در حال تپش، با در نظرگرفتن اندرکنش جداره و میدان جریان

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

شبیه­ سازی قلب در حال تپش، با در نظرگرفتن اندرکنش جداره و میدان جریان

اساتید راهنما:

دکتر مجتبی محزون

دکتر محمدمهدی علیشاهی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

هدف از انجام این پژوهش این بوده است که، قلب انسان از لحاظ ساختار هندسی و هم­چنین ویژگی­های مواد تشکیل­دهنده آن شبیه سازی شود و حل میدان جریان در بطن چپ قلب انسان با انتخاب شرایط مرزی واقعی و تحلیل اندرکنش سازه-سیال در بطن چپ مورد بررسی قرار گیرد. با استفاده از نتایج تجربی موجود در مقالات( نتایج آزمایش­های تنش) ضرائب مدل­های هایپرالاستیک مختلفی که به­طور معمول برای توصیف رفتار بافت قلب استفاده می­شود، محاسبه شده است. برای شبیه­سازی و تحلیل المان محدود قلب، مدل هندسی دقیقی( با صرف­نظر از دریچه­ها) از قلب، سمت چپ قلب(شامل دهلیز و بطن چپ) و بطن چپ در نرم­افزار میمیکس ساخته شده است. بعد از تولید شبکه در نرم­افزار آی­سی­ای­ام[1]، میدان جریان خون در نرم­افزار فلوئنت[2] و بافت جامد در نرم­افزار انسیس[3] تحلیل شده است. با در نظرگرفتن بافت نرم با توصیف رفتاری هایپرالاستیک و سیال خون به­عنوان یک سیال غیرنیوتنی، اندرکنش سازه-سیال بطن چپ قلب انسان با اعمال شرایط مرزی واقعی ­مورد بررسی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: شبیه­سازی، قلب، بطن چپ، انسیس، میدان جریان خون، مدل هندسی.

فهرست مطالب

عنوانصفحه

1- فصل اول   1

1-1-       مقدمه   2

1-1-1- آناتومی قلب    4

1-1-1-1-دهلیز راست    7

1-1-1-2-بطن راست    7

1-1-1-3-دهلیز چپ    8

1-1-1-4-بطن چپ    8

1-1-1-5-سرخرگ ‌های کرونری    9

1-1-1-6-دستگاه تحریکی- هدایتی قلب    9

1-1-1-7-سیکل قلبی    12

1-1-1-8-الکتروکاردیوگرام   16

1-1-1-9-جریان خون در بدن   18

1-1-2- لزجت خون   19

1-1-2-1-برون‌ده قلبی    20

1-1-2-2-لایه های قلب    21

1-1-2-3-لایه میوکارد  21

2-            فصل دوم   23

2-1-       مروری بر تحقیقات گذشته   24

3-            فصل سوم   51

تشریح معادلات مواد هایپرالاستیک و ویسکوالاستیک و معادلات حاکمه بر میدان جریان سیال]34،38،42،43 [ 52

3-1-       مقدمه   52

3-1-1- ماده هایپرالاستیک     52

3-1-1-1-آیزوتروپی    53

3-1-1-2-تابع چگالی انرژی کرنش     53

3-1-2- مدلهای هایپرالاستیک پیشنهادی    60

3-1-2-1-مدل نئو-هوکین    60

3-1-2-2-مدل مونی-ریولین    61

3-1-2-3-مدل آرودا-بویس     61

3-1-2-4-مدل مارلو  62

3-1-2-5-مدل اگدن   62

3-1-2-6-مدل چند جمله ای    63

3-1-2-7-مدل چند جمله ای تقلیل یافته   63

3-1-2-8-مدل ون در والس     64

3-1-2-9-مدل یوح   65

3-1-2-10-انبساط گرمایی    65

3-1-3- ماده ویسکوالاستیک     65

3-1-3-1-تاریخچه   67

3-1-3-2-کرنش کوچک     67

3-1-3-3-کرنش بزرگ     69

3-1-4- ماده ویسکوهایپرالاستیک     70

3-2-       آزمایشهای تجربی    71

3-2-1- آزمایش تک محوره  75

3-3-       روش لاگرانژ- اویلر دلخواه  76

3-4-       معادلات جریان سیال   78

3-4-1- روش شبکه متحرک     79

3-4-2- نحوه به روز رسانی شبکه متحرک     79

3-4-3- هموار کردن به وسیله المان‌های فنر  80

3-4-3-1-هموار سازی بر اساس نفوذ  81

3-4-4- معادلات حاکمه اندرکنش سازه-سیال[39]  84

3-4-4-1-الگوریتمهای حل[38]  85

3-5-       مدلهای خون]43[ 89

4-            فصل چهارم   91

4-1-       مدل نمودن سمت چپ قلب و بطن چپ در نرم افزار میمیکس     92

4-1-1- گام نخست: شبیه سازی هندسه واقعی    93

4-1-2- بازسازی هندسه واقعی    95

4-1-3- پردازش تصویر و تولید حجم سه بعدی    95

4-1-4- بررسی چگونگی شرایط مرزی    100

4-1-5- بررسی شرط مرزی ورودی    103

4-1-6- بررسی شرط مرزی خروجی    107

4-1-7- محدودیتهای شبیه سازی    109

4-1-8- انتخاب مدل هایپرالاستیک برای مدلسازی بافت نرم  قلب(میوکاردیوم)  113

مدل نئو-هوکین    114

4-1-9- مدل مونی-ریولن با دو متغیر  115

4-1-10-                                                                                                                                                            مدل مونی-ریولین با پنج متغیر  116

4-1-11-                                                                                                                                                            نتیجه گیری    118

4-1-12-                                                                                                                                                            بررسی المانهای استفاده شده در تحلیل جامد   118

5-            فصل پنجم-نتایج                                                                                                                                           120

5-1-       نتایج اولیه به دست آمده در نرم افزار میمیکس     121

5-1-1- محاسبه کسر تخلیه قلب    123

5-2-       مطالعه شبکه   126

5-2-1-نتیجه گیری    133

5-3-       میدان جریان خون در بطن چپ قلب انسان   134

5-3-1- میدان جریان خون در بطن چپ با جداره ثابت با سرعت ثابت در دریچه میترال(ورودی بطن چپ) در فاز پنجاه درصد   135

5-3-2- میدان جریان خون در بطن چپ با جداره ثابت با سرعت متغیر در دریچه میترال(ورودی بطن چپ) در فاز پنجاه درصد   137

5-4-       بررسی تعامل سازه-سیال در بطن چپ    142

5-4-1- مطالعه شبکه   143

5-4-2- بررسی تعامل سازه-سیال در بطن چپ به صورت یکطرفه   145

5-4-3- بررسی تعامل سازه-سیال در بطن چپ به صورت دوطرفه   151

6-            فصل ششم                       169

6-1-       جمع بندی و پشنهادات    170

1-1-  مقدمه

همه انسان‌ها می‌دانند که قلب یک عضو حیاتی در بدن انسان است، به­طوری­که بدون داشتن آن نمی‌توانیم زندگی کنیم. اما با یک نگرش صرفاً مکانیکی قلب تنها یک پمپ است؛ یک پمپ بسیار پیچیده و مهم؛ و به لحاظ پمپ بودن همانند تمام پمپ‌ها امکان گرفتگی، خرابی و یا نیاز به تعمیر شدن دارد. این حساسیت قلب به عنوان یک عضو حیاتی در بدن قسمتی از همان چرایی است که ما باید بدانیم که قلب چگونه کار می‌کند.

در سال 2004، بیماری‌های قلبی عامل 36% مرگ و میر در جهان بوده است و هم­چنین مهم‌ترین عامل مرگ در آمریکا معرفی شده است. تقریباً 2000 نفر در آمریکا به علت داشتن بیماری‌های قلبی در هر روز جان می‌سپارند و این یعنی در هر 44 ثانیه، یک مرگ. در ایران هم بنا به گفته وزیر بهداشت روزانه 300 بیمار قلبی جان خود را از دست می‌دهند، این بدین معنا است که بیماری‌های قلبی عروقی باعث از دست رفتن 4/23 درصد عمر مردم کشور می‌شود. خبر خوشحال کننده این است که، نرخ مرگ ناشی از بیماری‌های قلبی رو به کاهش است. متاسفانه بیماری‌های قلبی بطور ناگهانی باعث مرگ افراد می‌شوند و بسیاری از بیماران پیش از رسیدن به بیمارستان تسلیم مرگ می‌شوند.

 به منظور کمک به جلوگیری و درمان بیماری‌های قلبی، مدل کردن ریاضی قلب تبدیل به موضوعی مهم و قابل توجه برای محققین شده است. یک مدل مجازی که بتوان از آن دستیاری هوشمند برای پزشکان ساخت.  استفاده از شبیه­سازی نرم­افزاری و روش­های محاسباتی از قبیل تحلیل المان محدود، برای بررسی اندرکنش سازه-سیال قلب انسان مفید خواهد بود. ایجاد یک مدل محاسباتی مناسب منطبق بر هندسه و آناتومی قلب، مدل­سازی خواص مکانیکی بافت قلب و  تحلیل اندرکنش سازه-سیال با استفاده از مدل ساخته­شده می­تواند به­عنوان ابزاری مفید در کاربردهای پزشکی به­کار آید. چرا که انجام این تحلیل بر روی مدل محاسباتی، همانند آن است که یک عمل جراحی واقعی انجام شده است. این کاربرد؛ جراحی مجازی[1]؛ ابزار توانمندی در کاربردهای پزشکی خواهد بود، به­طوری­که پزشک می­تواند پیش از عمل جراحی از نتایج کار خود آگاه شود. به­طور مثال در عمل جراحی و جایگزینی دریچه ریوی[2]؛ با دانستن این نکته که، محلی از دیواره بطن راست که دارای حداقل تنش-کرنش باشد محل مناسبی برای برش است؛ پزشک با آگاه بودن از نتایج این تحلیل و دانستن مقادیر حداکثر-حداقل تنش-کرنش توانا به تشخیص صحیح محل برش خواهد بود.

عملکرد و شبیه سازی رفتار قلب به عنوان مهم‌ترین و اصلی‌ترین عضو بدن انسان، یک فرایند بسیار پیچیده است. دیواره‌های ارتجاعی، حرکت تپشی جریان خون، حفره‌های مجزا از یکدیگر، جریان الکتریکی، اثر متقابل سیال و جامد و همچنین فرایندهای زیستی قلب دلایلی بر پیچیدگی و دشواری مسیر مدل‌سازی است.

1-1-1-   آناتومی قلب[3]    

قلب یا دل یک اندام ماهیچه‌ای است که مسئول تلمبه کردن خون به شریان‌ها بوسیله حرکات ضربان‌دار است. این عضو مخروطی شکل بصورت کیسه‌ای عضلانی شکل تقریباً در وسط فضای سینه، ابتدا در دل اسفنج متراکم و وسیعی مملو از هوا(ریه‌ها ) پنهان شده است و سپس توسط یک قفسه استخوانی بسیار سخت( اما قابل انعطاف ) مورد محافظت قرار می‌گیرد. تقریباً هفتاد و پنج درصد از تمامی قلب‌ها در سمت چپ بدن انسان و بیست و پنج درصد آن در سمت راست بدن انسان واقع شده است. ابعاد قلب در یک فرد بزرگسال 6×9×12 سانتیمتر و وزن 300 گرم در آقایان و 250 گرم در خانم‌ها است.

قلب دارای چهار حفره است. دهلیز[4] راست، بطن[5] راست، دهلیز چپ، بطن چپ. (همواره منظور از چپ و راست، نسبت به خود فرد است). قلب توسط یک دیواره عضلانی عمودی به دو نیمه راست و چپ تقسیم می‌شود. نیمه راست مربوط به خون سیاهرگی و نیمه چپ مربوط به خون سرخرگی است. هر یک از دو نیمه راست و چپ نیز مجدداً بوسیله یک تیغه عضلانی افقی نازکتر به دو حفره فرعی مجزا تقسیم می‌شوند.

تعداد صفحه : 198

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید