细胞支架平面多孔构型的流固非线性耦合数值计算

【摘要】： 近几十年的研究证明,在生物组织的多孔构型与这些生物系统中生物和力学的共同作用下,共同直接或间接地影响着生物力学前沿问题——力学调控机制的基础研究。因此,生物组织或支架多孔构型与系统中基质、细胞等相互作用以及多孔内传质研究,对理解真实临床病理、真实生物组织和组织工程中的力学调控机制有重要理论与应用价值和意义。 本文基于固体大变形非线性理论和流体稳定层流理论分析细胞支架平面多孔构型的流固非线性问题。首先,对大变形固体力学模型的精确解和可靠性进行了验证;在Navier-Stokes方程的基础上对稳定层流流动的精确解和可靠性进行了验证。 采用了非线性耦合的方法来解决流场和结构的非线性耦合问题,采用在流场和结构上分别求解,利用编制的ANSYS与FLUENT接口程序互相调用ANSYS与FLUENT,使流场和结构在各个时间步之间耦合迭代,收敛后再向前推进,最终达到收敛。 本文主要对不同的流体介质在含弧形孔、矩形孔、三角形孔的细胞支架平面多孔构型当中的流固非线性耦合情况进行了数值计算,得到了一些具有参考价值的计算结果,并对计算结果进行了探讨,总结出了一些规律性的结果。