2.2.4 有限元仿真模型的台架试验验证
对镍钛合金自膨胀支架进行径向压缩试验和有限元仿真,通过对比仿真结果与试验结果,以验证有限元模型中网格划分和材料属性等相关设置的准确性。
1)支架径向力测试装置
台架试验是指通过专用设备对扩张后支架沿圆周方向施加径向压力,使支架局部受压变形,直径变小,当设备达到设定的下压距离后,记录力学曲线,然后读取要求下压距离所对应的支架径向支撑力值。
2)支架径向支撑力台架试验测试流程
(1)将支架从输送系统中推送出。
(2)将专用压头装上万能试验机,把支架放置于平台上,调整支架和压头的位置,使支架和压头保持垂直状态(支架轴向与压头轴向垂直),调整压头位置使压头最低点与平台的垂直距离为指定距离8 mm。
(3)压缩速度设置为0.5 mm/s,到达设定的下压距离。
(4)开始测试,测试完毕后记录力学曲线,保存测试结果。
3)支架径向支撑力有限元虚拟台架试验(https://www.daowen.com)
如图2-12所示,有限元虚拟台架试验的流程模拟了台架试验的过程,Tubridge支架采用梁单元进行网格划分,材料为镍钛合金材料。但虚拟台架试验并未模拟支架从输送系统中推送出的过程,而是直接将无约束状态的支架建模放置在基座上。模拟过程中,专用压头匀速下压,提取底座上表面在过程中所受到的压力,换算为支架径向支撑力。

图2-12 支架径向支撑力台架测试试验和有限元仿真试验
有限元虚拟台架试验的支架变形及应力分布情况如图2-13a所示,支架受压后两端翘起,受压处发生明显的颈缩现象(图2-13b),颈缩处截面始终保持接近圆形,而非被压扁成椭圆形,以上变形结果与真实台架试验中的结果是高度一致的,可见本研究所用的建模方法和材料属性对于支架形态的仿真是有效的。最终真实台架试验与有限元虚拟台架试验得到的受压过程中支架径向支撑力随压头位移的变化情况结果如图2-14所示,压头距离基座上表面初始距离为8 mm,支架外径为3.5 mm,故压头位移为4.5 mm时,测得的支架径向支撑力开始增加,直至测试终点压头位移为6.0 mm,对比可见虚拟台架试验径向支撑力曲线与真实台架试验的结果趋势一致,数值上也非常接近,压头位移为6.0 mm时的支撑力数值分别为0.046 55 N和0.045 79 N,偏差在1.65%,过程中最大偏差为13%。由于真实试验本身就存在一定的误差,所以通常有限元仿真结果与真实试验的误差在15%以内,就可以认为仿真结果可靠。

图2-13 Tubridge支架有限元虚拟台架试验终点结果

图2-14 Tubridge支架(标称直径3.5 mm,长度35 mm)径向支撑力的台架试验与仿真结果对比
综上,通过虚拟台架试验与真实试验在支架形态和支撑力数值上的对照,验证了本研究对于编织型支架的有限元建模仿真方法的有效性和准确性。