2025新年仿真技术应用（一）：生物力学之基于自主耦合算法的主动脉瓣膜流固耦合计算

主动脉瓣流固耦合现象是大变形流固耦合计算的一个经典问题，也是生物力学模拟中一个非常复杂和重要的领域，其特点如下：

1、高度非线性的动态行为：血流是搏动性的，受心动周期（收缩期和舒张期）的支配，导致边界条件随时间变化。主动脉瓣叶会产生较大运动和变形，需要进行非线性结构分析。涉及瞬态计算，以捕捉心动周期中流体与结构相互作用的时间依赖行为。

2、多物理场相互作用：血流（流体）和瓣叶（弹性体）之间的耦合是双向的。流体的作用力会使瓣叶变形，而变形的瓣叶会改变流体的流场边界和流动状态。

3、材料复杂性：主动脉瓣叶通常具有弹性和超弹性，需要精确的材料模型来进行结构模拟。

4、几何复杂性：瓣膜结构中瓣叶、瓣窦的生物形态复杂，符合要求的瓣叶和周围结构（瓣窦、主动脉根部）的三维形态，是耦合建模的关键。

我们知道主动脉瓣的流固耦合是生物力学、计算物理学和临床应用的交汇点。虽然计算要求很高，但这种分析对于改进人工瓣膜设计、了解疾病力学和推进个性化医疗非常有价值。PERA SIM Multiphysics软件采用全隐式方法，借助最优秀的流场、结构求解器，使用少量时间步即可完成上述计算。2025年1月8日20时，仿真秀专栏作者多物理跃迁老师将在仿真秀2025新年仿真技术应用报告会首场讲座带来《基于自主耦合算法的主动脉瓣膜流固耦合计算》，届时在仿真秀官网和APP同步直播，欢迎感兴趣的朋友报名和回放。

一、当前的技术挑战

1、耦合挑战：实现稳定而精确的流固耦合（FSI）在计算上极具挑战性，尤其是在大变形情况下。迭代耦合算法必须联合流体和结构求解器，让它们在一起合作解决问题。

2、网格变形：流体域和固体域需要单独的网格，而且它们的界面必须随着瓣膜运动和变形而不断更新。流场网格在瓣膜从封闭到开启过程中经历大变形，需要不断重划分保证计算顺利进行。

3、计算成本高：由于需要精细的空间和时间分辨率，因此对计算要求很高，需要软件具备并行能力。

4、边界条件：血流（入口和出口压力/流量）和瓣膜运动的真实边界条件难以确定，符合计算要求的边界条件通常需要来自患者临床成像特定数据。

二、报告内容

1、基于官方提供的计算模型，用很短的计算时间模拟瓣膜从封闭到完全打开的整个流固耦合计算过程。

2、计算网格：官方提供的高质量的流场和瓣膜结构和计算网格。

3、流场、结构场模型定义

（1）结构材料、边界条件、耦合边界：

（2）流场介质，根据生理数据应用随时间变化的入口速度/压力曲线。

3、耦合计算：演示如何采用PERA SIM Multiphysics软件，联合第三方流场、结构求解器，进行耦合建模和并行计算。并展示耦合计算的控制方法和技巧。

4、结果后处理：展示动态模拟的各种流场、瓣膜结构的计算结果。

三、适合谁看

1、有建模与仿真需求的 医生、医学相关专业研究生

2、生物医学工程、机械、力学等理工科学生；

3、生物力学仿真分析相关行业的入门研究者和从业者；

4、想入门学习有限元仿真分析的工程师

四、如何报名

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