心血管疾病是致死率最高的疾病,血管支架介入治疗由于其见效快、创伤小、安全性高等特点,成为一种治疗心血管狭窄有效的方法,但支架内再狭窄会影响支架介入治疗的长期疗效。支架径向支撑刚度不足、血管扭转时支架对血管造成的损伤都是引起再狭窄的因素。因此研究支架的径向支撑和扭转性能,并对支架进行多目标优化设计,从而降低再狭窄的发生概率显得尤为重要。但是现有研究大多以圆直支架为研究对象,锥形支架更符合人体血管的渐缩特征,对血管狭窄的治疗效果更好。因此,本文对锥形支架的径向压缩变形、扭转变形行为以及稳健性多目标优化进行研究,为锥形血管支架的设计和临床选择提供理论依据。本论文主要研究内容和成果如下:(1)研究了锥形支架的径向支撑性能。研究了不同连接体形状、数量以及支架锥度和各个尺寸参数以及支架材料对支架径向刚度的影响。研究结果表明连接体无论是形状、数量还是长度、宽度都对支架径向刚度影响甚微。相比于圆直支架,锥形支架的径向刚度会减小。支架材料的属性对其径向刚度影响很大,L605钴铬合金支架径向刚度最大,316L不锈钢支架其次,WE43镁合金支架径向刚度最小。此外,随着支架厚度、支撑体宽度的增大以及支撑体长度的减小,支架径向刚度显著增大,因此如需要对支架径向支撑性能进行优化设计,应从这几个参数着手。(2)研究了锥形支架的扭转性能。首先研究支架单元与完整支架的扭转性能,发现两者差异很大,不能采用简化的有限元模型。其次研究了支架的连接体形状、数量对扭转性能的影响,结果表明连接体数量对支架扭转性能影响显著,而连接体形状则影响较小。此外,相比于圆直支架,锥形支架的扭转性能更好。不同材料的支架扭转性能差异显著,WE43镁合金支架的扭转性能最好,316L不锈钢支架其次,L605钴铬合金支架扭转性能最差。最后系统地研究了支架各个尺寸参数对其扭转性能的影响。结果表明,支架初始外径、厚度、支撑体长度和支撑体宽度是决定支架扭转性能的关键因素,而连接体长度、连接体宽度则对支架扭转性能影响不大。(3)研究并比较了支架优化中常用的三种代理模型技术(响应曲面法、径向基函数神经网络以及Kriging)的拟合精度。首先对三种代理模型技术进行理论介绍。其次确定了代理模型的构建过程,筛选支架厚度、锥度、支撑体长度、支撑体宽度作为设计变量,使用最优拉丁超立方采样进行30组样本的采集。再次通过有限元分析得到各个样本点的性能,基于上述三种代理模型技术建立各个性能的代理模型。最后对比分析三种代理模型的精度,结果表明当支架的性能有限元模型包含部件数目较多,且部件与部件间相互作用面较大时,Kriging模型的精度更高。(4)研究了锥形血管支架的稳健性多目标优化。以支架厚度、锥度、支撑体长度、支撑体宽度为设计变量,以支架的轴向缩短率和径向回弹率为约束,以支架径向刚度、轴向刚度最大以及柔顺度量、扭转度量最小为目标进行锥形血管支架的稳健性多目标优化。基于Kriging代理模型技术,研究了设计变量对各个性能的影响,确定了性能与性能之间的冲突关系。使用NSGA-II算法对支架进行多目标优化,设计出一款综合力学性能更好的锥形血管支架。考虑噪声因素对优化结果的干扰,基于蒙特卡洛模拟技术对多目标优化结果进行质量分析及6稳健性优化。稳健性优化后支架的可靠性大大增加。