基于厚度和高度的PHVs优化问题的多目标优化设计  

作　　者：陈璐 周静媛 张卓 李涛[2] 陈宇[1] 

机构地区：[1]四川大学建筑与环境学院,成都610065 [2]四川大学机械工程学院,成都610065

出　　处：《医用生物力学》2024年第S01期358-358,共1页Journal of Medical Biomechanics

基　　金：国家自然科学基金项目,12172239

摘　　要：目的通过流固耦合(FSI)模拟和多目标优化算法,研究如何通过调整聚合物心脏瓣膜(PHVs)的厚度和高度来达到最优的瓣膜性能。方法采用CCD取点方法获得9个模型,全面探索设计空间。利用LS-DYNA软件进行半心动周期的FSI计算评估不同设计参数下的瓣膜性能。FSI结果导入ANSYS Workbench构建响应面模型,分析设计参数如何影响EOA、RF和最大应力。运用多目标遗传算法,考虑多个优化目标寻找最佳瓣膜设计。结果和结论响应面分析结果显示,厚度对EOA和RF的影响较为显著,而最大应力对厚度和高度都有显著响应,指示了这两个参数在瓣膜设计中的交互重要性。局部灵敏度图进一步定量分析了设计变量对输出变量的影响程度。通过多目标遗传算法优化后,得到的最优设计参数为厚度0.12 mm和高度15.496 mm,该设计方案EOA提高了42.59%,RF降低了33.07%,最大应力增幅仅为2.55%。联合优化厚度和高度的方法显著提高了瓣膜的性能。这一最优设计为使用SIBS-CNTs及类似高分子材料的PHVs提供了重要参考,推动了PHVs的应用和发展。优化后的瓣膜设计不仅在理论和模拟中表现出较高性能,实际的流固耦合计算也验证了其更高的操作安全性和优越的性能指标,证明了FSI模拟与优化算法相结合的技术路线在心脏瓣膜设计中的实用性和有效性。

关 键 词：心脏瓣膜 多目标遗传算法 心动周期 局部灵敏度 操作安全性 响应面分析 高分子材料 联合优化 

分 类 号：R318.01[医药卫生—生物医学工程]