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Simulation of fluid-structure interactions in arterial bypasses
Publikationstyp
Review Article
Date Issued
2017-09-18
Sprache
German
TORE-URI
Journal
Volume
22
Issue
6
Start Page
400
End Page
406
Citation
Gefasschirurgie 6 (22): 400-406 (2017)
Publisher DOI
Scopus ID
Publisher
Springer Medizin
Hintergrund
Partitionierte Lösungsansätze für Probleme der Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) stellen eine flexible Alternative zu monolithischen Ansätzen dar. Die Möglichkeit einer Kombination des klassischen dreidimensionalen (3D-)FSI-Problems mit reduzierten Modellen macht sie v. a. für die Simulation der Hämodynamik im arteriellen System attraktiv.
Ziel der Arbeit
Es wird entsprechend ein partitionierter Lösungsansatz vorgestellt, der eine solche Kombination und somit eine Untersuchung der Hämodynamik, z. B. im Anastomosenbereich arterieller Bypässe, ermöglicht.
Material und Methoden
Eine 3D-Simulation der FSI ist aufgrund begrenzter Rechenleistung nur für einen kleinen Ausschnitt des Herz-Kreislauf-Systems möglich. Umliegende Systemabschnitte müssen durch geeignete reduzierte Modelle beschrieben werden. Entsprechende Modelle werden im Rahmen des partitionierten Ansatzes mit dem 3D-FSI-Problem kombiniert. Dieses wird mithilfe der Finite-Elemente-Methode (Struktur bzw. Gefäßwand) und der Finite-Volumen-Methode (Fluid bzw. Blut) diskretisiert.
Schlussfolgerung
Durch die Verwendung der „quasi-newton least squares method“ können die Stabilitätsprobleme des partitionierten Ansatzes erfolgreich umgangen werden und das gekoppelte Problem effizient gelöst werden. Eine Simulation der Hämodynamik in einer End-zu-Seit-Anastomose zeigt die Möglichkeiten der Simulationsmethode auf.
Partitionierte Lösungsansätze für Probleme der Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) stellen eine flexible Alternative zu monolithischen Ansätzen dar. Die Möglichkeit einer Kombination des klassischen dreidimensionalen (3D-)FSI-Problems mit reduzierten Modellen macht sie v. a. für die Simulation der Hämodynamik im arteriellen System attraktiv.
Ziel der Arbeit
Es wird entsprechend ein partitionierter Lösungsansatz vorgestellt, der eine solche Kombination und somit eine Untersuchung der Hämodynamik, z. B. im Anastomosenbereich arterieller Bypässe, ermöglicht.
Material und Methoden
Eine 3D-Simulation der FSI ist aufgrund begrenzter Rechenleistung nur für einen kleinen Ausschnitt des Herz-Kreislauf-Systems möglich. Umliegende Systemabschnitte müssen durch geeignete reduzierte Modelle beschrieben werden. Entsprechende Modelle werden im Rahmen des partitionierten Ansatzes mit dem 3D-FSI-Problem kombiniert. Dieses wird mithilfe der Finite-Elemente-Methode (Struktur bzw. Gefäßwand) und der Finite-Volumen-Methode (Fluid bzw. Blut) diskretisiert.
Schlussfolgerung
Durch die Verwendung der „quasi-newton least squares method“ können die Stabilitätsprobleme des partitionierten Ansatzes erfolgreich umgangen werden und das gekoppelte Problem effizient gelöst werden. Eine Simulation der Hämodynamik in einer End-zu-Seit-Anastomose zeigt die Möglichkeiten der Simulationsmethode auf.
Subjects
end-to-side anastomosis
hemodynamics
hyperelastic soft tissue material
modeling approach
partitioned solution approach
DDC Class
610: Medizin