5 实验结果分析

  为了验证数字模拟的准确性，建立了基于机器视觉技术的支架体外扩张测试平台，并将加工的实物支架在所建立的测试平台上进行了多次实物扩张实验，图10显示了支架扩张过程中不同阶段的变形情况，下面对实验测试结果与有限元分析结果做对比分析。

 
图10 扩张过程中采集到的支架实物形状

  从图10中我们发现，在支架外径随扩张压力增加而变化的过程中，支架末端外径的扩张速度明显快于支架中部外径，造成这一现象的原因是实验所用的球囊超过支架的长度较大造成的。由于在进行支架实物扩张时是从支架压握状态开始的，因此这里主要针对支架耦合扩张有限元分析中的支架中部外径随扩张压力增加时的变化规律与实验测试结果做详细讨论。这里将实验测试结果得到的支架中部外径随扩张压力增加时的变化曲线与相应的有限元分析结果，绘制到同一图表以便于观察，如图11所示。

 
图11 有限元分析与实验测试的支架外径随压力增加时的变化

   图11表明支架外径随扩张压力增加时的实验测试结果与相应的有限元分析结果的变化趋势是一致的，实验测试时支架外径的变化速度要快于有限元分析结果，即分别使支架扩张到相同外径时实验测试时所需要的扩张压力要小于有限元分析时所需要的压力，造成这一现象的原因是加工出支架实物时，需要经过清洗抛光等工序，这些工序都会减少支架壁厚和波形环宽度等几何参数，使支架刚度有一定程度的降低，从而使支架变得容易变形；还可以看到，实验测验时当支架外径达到一定值时，再继续增加球囊压力的时候支架外径的变化很小，近似表现为一条平缓的直线，这是由球囊特性决定的，一般情况下球囊在其名义（规格）尺寸附近都会表现出低顺应性的特点，例如强生公司2.0mm的RAPTORRAIL球囊的顺应曲线，当球囊外径在2.0mm附近时，球囊扩张压力在2～10大气压增加时，却仅仅能引起球囊外径的变化范围为1.86～2.14mm。

  为进一步量化有限元分析结果与实验测试结果的近似程度，选取实验测试时外径从迅速扩张到趋于变化平缓时的转折时刻的扩张压力为参考点（即扩张压力为0.785MPa），计算此时支架变形对比结果见表5。

表6有限元分析结果与实验结果对比（单位：mm）

  6 结论

  由表5可见，实物支架在扩张时整体变形量要比有限元模拟结果大，在外径变形上二者的误差约为15%，这个误差对于大变形弹塑性有限元计算来说是比较合理的，出现误差的原因有数值计算误差、线性强化大变形弹塑性模型、耦合接触传递误差、支架加工误差以及实验中支架扩张的不均匀性等等。从整个实验台使用效果来看，基于机器视觉技术的测量方案是适合而且满足支架体外扩张实验的。同时，也从一定程度上证明本文采用的ANSYS/LS-DYNA动力显式数值模拟方法是适合用于支架耦合扩张分析的，而且也说明建立的支架耦合扩张有限元模型是合理的。(e-works)

  致谢

  感谢东南大学易红校长和倪中华老师的指导；感谢航天一院18所研发中心黄玉平主任的支持。

    [参考文献]

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