Simulazione agli elementi finiti del comportamento meccanico del tessuto di una valvola cardiaca
Università degli Studi del Molise, Corso di Laurea in Ingegneria Medica
Il presente lavoro è incentrato sulla realizzazione, e in seguito la validazione, di un modello agli elementi finiti di una parte della valvola aortica, detto foglietto valvolare. Il fine ultimo di questo elaborato era studiare come il singolo foglietto era in grado di aprirsi e chiudersi per permettere il passaggio del flusso sanguigno dal ventricolo sinistro all’aorta.
Inizialmente è stato preso in considerazione uno studio sperimentale che ha messo in risalto le modalità di apertura della valvola, i vincoli e i relativi carichi.
Attraverso l’uso del software Patran è stata realizzata la geometria del foglietto, caratterizzato da un diametro di base di 24 mm e un raggio di curvatura di 1.8 mm e le successive analisi sono state eseguite con il programma di calcolo MSC Nastran.
In seguito sono stati ipotizzati, come vincolo una cerniera che blocca gli spostamenti lungo le 3 direzioni, e come forza una pressione pari a 0.114657 MPa, che agisce dal basso verso l’alto. Il valore di quest’ultima deriva dalla somma della pressione sanguigna pari a 100 mmHg e della pressione atmosferica pari invece a 760 mmHg.
Partendo dalla curva di trazione in direzione circonferenziale e radiale presente in letteratura è stato possibile utilizzare i due valori relativi al modulo di Young per definire il materiale, in questo caso l’oggetto è stato trattato con un materiale composito ovvero ortotropo con singola lamina di 2 mm.
A questo punto nella sezione ‘Analysis’ è stato scelto ‘Implicit NonLinear’, in modo da poter trattare l’oggetto con un materiale composito.
Nel gruppo ‘Materials’ si è scelto quello ortotropo e sono stati inseriti i valori richiesti: E1=1.1MPa, E2=0.28MPa.
Inoltre è stato calcolato il modulo di taglio nel piano come la media dei due valori ottenuti dalla seguente formula sostituendo ad E prima il valore radiale e dopo quello circonferenziale e considerando v pari a 0.45:
Dopo aver definito tutti i coefficienti richiesti, è stata effettuata l’analisi con Nastran, e in seguito è stato possibile visualizzare i risultati ottenuti con Patran.
Il presente lavoro sperimentale rappresenta parte di una più ampia attività di ricerca volta allo studio del flusso sanguigno dal punto di vista dinamico, prendendo in considerazione sia la velocità, sia come il sangue impatta sulle superfici della valvola cardiaca, in particolare sulle pareti del seno aortico. In sostanza sono stati forniti indicazioni preliminari circa le proprietà biologiche e meccaniche di un materiale, e di conseguenza come la valvola aortica risponde alla pressione, ovvero con l’apertura dei foglietti semilunari.
Ciò che potrà risultare interessante, per gli sviluppi futuri di ricerca, è riuscire a valutare come reagisce il foglietto nel momento in cui la valvola è affetta da determinate patologie, vedere come varia lo spostamento massimo e che conseguenze ha per il flusso sanguigno e per il funzionamento dell’intero sistema circolatorio.
Tesista: Giorgia Magnifico
Relatore: Prof. Domenico Gentile