中文摘要：

基于申请者在非血管支架、口腔正畸等生物医学领域非线性有限元数值模拟等前期工作的基础，综合比较国内外非血管支架力学性能分析理论和实验成果，开展编织型食管支架介入食管腔道的耦合系统力学行为与体外实验测试方法的研究，将基础理论和实验装置研制有机结合，为编织型食管支架的研制提供综合性的研究思路。具体而言①通过分析食管组织材料特性以及食管的生理运动特征，研究支架介入食管内的工作机理。②将支架、食管作为一个非线性耦合系统，建立耦合系统的力学模型，研究用于模拟耦合系统的非线性有限元理论、优化方法和数值模拟技术，为设计综合性能高的编织型食管支架提供理论基础。③研究开发编织型食管支架介入食管耦合系统的体外实验测试装置，实现对支架介入食管腔道内所涉及的扩张性、抗压性、疲劳特性等力学性能的综合测量与分析，并为编织型食管支架的优化设计与数值模拟分析提供实验支持。

结论摘要：

本项目以编织型食管支架作为特定的研究对象，研究支架的力学性能及支架植入生物体腔道内的自行扩张变形过程。研究设计支架体外径向刚度及疲劳寿命的体外实验装置，以及研究支架疲劳断裂的检测方法和相关理论，并提供一套针对非血管食管支架的力学性能分析的数字化平台。主要研究成果如下（1） 研究了支架结构本身的力学性能，包括支架受载后，结构内部丝线的应力应变状态。对ANSYS进行二次开发的基础上实现了食管支架参数化建模。研究双螺旋编织支架的结构特点，采用梁-梁接触模型实现交错节点间的相互作用，完成了支架径向刚度、疲劳寿命以及柔韧性等相关性能的数值分析，获得螺距对支架的综合性能影响度最大这一结论。在此基础上研究了不同端部结构对支架性能的影响，同时也提出了变螺距支架的设计思想，使得支架结构综合性能整体更优。（2） 研究了耦合系统支架自行扩张过程的三维数值模拟。采用自由度耦合技术、单元的“生、死”技术以及支架与食管壁的点-面接触方法，完成了该耦合系统的相互作用过程的模拟，用于预测支架临床应用效果。考虑到支架端部是作用于腔道的健康区域，可能引起组织增生，以小弧度连接方式的端部结构的支架的耦合系统进行了分析，得到了支架变形、腔道组织变形，以及腔道组织的应力应变，这是分析组织是否增生的一个重要参考。（3） 研究设计了支架径向刚度与疲劳寿命的体外实验装置，并对支架疲劳断裂检查方法以及理论进行了深入探讨。针对支架在食管内的工作状态，先提出了凸轮丝线结构的实验装置，详细讨论了构成该实验系统的设备与方法。然后因实验结果与分析结果的差异，分析了实验装置存在的缺陷和误差，又提出了滚轮结构，实现了食管蠕动波的连续传递，为支架的优化设计及其扩张过程的有限元模拟提供有力的实验支持。（4） 研究支架疲劳断裂检测实验中相关理论。在利用光纤光栅应力应变传感器进行支架疲劳断裂的实验之前，进行了高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度的研究。首先对轴向应变灵敏度理论公式进行推导，然后分别对高双折射光纤长度及敏感元件的传感长度、高双折射光纤环镜监测点波长对以及双折射率对双折射光纤环镜轴向应变灵敏度的影响。（5） 完成了支架力学性能分析数字化平台的开发。利用ANSYS二次开发工具(APDL和UIDL)开发了集参数化建模、力学性能快速分析、报告自动生成于一体的食管支架数字化设计与分析系统。应用实例表明，数字化平台自动化程度高，