Strukturanalyse an Klappenprothesen
- Abbildung 1: Entfaltung eines Stents aus dem Kathetertip; Ursprungliche Form überlagert (durchsichtige Kontur)
Im Rahmen der Entwicklung von Klappenprothesen wird erstmals die Geometrie eines klappentragenden Stents sowie der prothetischen Segel iterativ entwickelt. Dieser Prozess wird von der Strukturanalyse unterstützt. Die Kern- Belastungsfälle und -Beanspruchung solcher Klappenprothesen werden in einen Simulationsmodell wiedergegeben und unter physiologischen, wie auch „worst-case“ Szenarien untersucht. Dabei können Schwachstellen, z.B. anhand der physikalischen Materialgrenzen oder der Funktionalität des Modells identifiziert werden (siehe Abbildung 1). Diese Schwachstellen werden konstruktiv optimiert und somit ein stabiles und funktionelles Prototypen-Design erreicht.
Am Lehr- und Forschungsgebiet CVE werden die existierenden Materialmodelle mit experimentell ermittelten Materialdaten besetzt. Die Korrelation von Simulationsergebnissen und experimentellen Daten wird dabei an einfachen Simulationen, hier am Beispiel eines hyperelastischen Materialmodells, überprüft. Im Video kann die Simulation eines Zugversuches verfolgt werden. Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm in Abbildung 2 zeigt die dazu gehörige, typische Hysterese einer Nickel-Titan-Legierung (Nitinol).
- Abbildung 2: Simulation eines Zugversuches mit Spannungs-Dehnungs-Diagramm
Desweiteren wird zurzeit an der Implementierung des Nitinol-Materialmodells in die Ansys Workbench gearbeitet (Ansprechpartner: Y. Safi) . Als Grundlage und Vergleich dazu, dienen die Untersuchungen im Bereich der perkutanen Herzklappen. Ein Ziel dieser Arbeit ist die Simulation von Interaktionen zwischen Struktur und Strömung, im besonderen Hinblick auf die Funktion von Herzklappen in der Blutströmung. Dieser Interaktion wird in der Numerik als Fluid Struktur Interaktion (FSI) bezeichnet und ist Gegenstand aktueller Forschungen.
- Abbildung 3: ausgelenkte Feder
Im Bereich des Kunstherzprojektes werden Federelemente für die Energieübetragung zum Antrieb berechnet (siehe Abbildung 3). Diese Elemente müssen eine große Anzahl von Schwingzyklen schadenfrei überstehen und sollten mit großer Sicherheit ausgelegt sein. Um die Dauerfeste Auslegung der Feder überprüfen zu können, werden die Spannungen, die bei maximaler Auslenkung der Feder auftreten, berechnet und lokalisiert. Anhand der daraus gewonnenen Ergebnisse kann das Design der Feder optimiert werden.
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