心血管病是居民疾病死亡的首要原因,而冠状动脉内支架植入术由于其微创性和高效性,已成为冠心病患者的主要治疗方案。支架植入患者狭窄血管后,可能会发生支架内再狭窄和支架疲劳断裂的现象,严重危害患者身体健康和影响手术的长期疗效。本文利用有限元软件Abaqus分别对支架在锥形血管中的扩张行为和疲劳寿命进行了分析。利用FE-safe疲劳分析软件,对支架的体外疲劳性能进行了分析。本论文的主要研究工作和成果如下:(1)建立了支架的耦合扩张系统,研究了支架在锥形狭窄血管内扩张行为。探索了支架植入长度与病变长度的关系对组织应力的影响,同时分析了不同的支架材料、血管锥度及材料、斑块形状及材料对医用支架和血管组织生物力学行为的影响。结果表明:与圆直血管相比,支架在锥形血管扩张,会导致更大的斑块和血管应力,更大的支架回弹率和更小的轴向缩短率。在支架扩张后,斑块和血管的最大应力位于远端区域。随着血管锥度的增大,血管和斑块的最大应力也会随着增大。当支架植入长度等于斑块长度时,由支架膨胀引起的血管组织应力最小,同时支架轴向缩短率最小,表明支架可以覆盖病变斑块。因此,可选择长度与病变长度相等的支架,植入圆直血管和锥形血管。与316L不锈钢支架相比,钴铬合金支架的回弹率更低,具有更强的抵抗血管组织变形的能力。与在低增生性斑块的血管中扩张相比,支架在具有钙化斑块的血管中扩张时,具有更大的径向回弹率。与低锐度的斑块模型相比,支架植入具有高锐度斑块的血管中时,会导致更大的斑块和血管应力,同时也会显著影响支架的应力分布。(2)研究了支架在体外的疲劳性能。分析了不同支架设计类型、材料、厚度和支架锥度对支架疲劳性能的影响。结果表明,Palmaz支架的两端和菱形孔的角点安全系数较低,而S型、M型、L型支架的两端、支撑单元和连接筋单元的过渡圆弧处安全系数较低。当厚度和外径相同时,Palmaz支架的疲劳寿命更高。在相同条件下,L605钴铬合金支架的疲劳寿命比316L不锈钢支架高。当改变血管支架厚度时,易发生疲劳破坏的位置没有发生变化,当支架厚度大于0.1mm时,随着厚度的增加,疲劳强度有减小的趋势。锥形支架在体外扩张后依然保持锥形的形状,相比于两端,锥形支架中端能承受更多次的脉动循环载荷,同时支架的锥度对支架的疲劳性能几乎没有影响。(3)研究了支架在锥形血管中的疲劳性能。分析了支架材料和不同血管锥度对支架疲劳性能的影响。研究结果表明,L型支架支撑体圆弧过渡处的内侧区域是应力集中的地方,也是易发生疲劳失效的地方。相同设计参数的支架,采用钴铬合金材料,更能满足支架疲劳寿命的要求。当血管锥度大于0.43°时,支架上平均应力最大的点恰好也是安全系数最低的点,也即血管锥度会影响支架的疲劳性能。当血管锥度越大时,支架植入体内后残余应力越大,在脉动血流载荷的作用下,支架更易发生疲劳断裂。