一、模型建立与参数定义

1. 几何建模与参数化
   • 基于尿道解剖结构（直径2-8mm、弯曲角度30°-90°）建立支架三维模型，重点关注编织角度（45°-60°）、网格密度（端部比中部高20-30%）等关键几何参数47。
   • 需包含尿道壁接触面，模拟支架与组织的摩擦（湿态摩擦系数0.05-0.2）4。
2. 材料本构模型
   • 镍钛合金（Nitinol）采用超弹性本构（如Auricchio模型），需定义相变参数（弹性模量30-83GPa、相变应力阈值200-400MPa）45。
   • 生物可降解材料需引入降解速率（如聚乳酸降解速率0.01-0.1mm/年）对力学性能的时变影响4。
3. 网格划分与收敛验证
   • 采用六面体主导网格，关键区域（连接处、接触面）加密处理，网格尺寸控制在0.1-0.3mm，确保应力集中区域计算精度65。

二、载荷与边界条件设置

1. 动态压力载荷谱构建
   • 生理压力模拟：正常排尿压力40-60cmH₂O（正弦波，频率0.1-0.3Hz），病理状态压力尖峰达100-300cmH₂O（叠加随机冲击分量）45。
   • 载荷谱需覆盖排尿周期、咳嗽/喷嚏等瞬态事件，采用多级加载或雨流计数法处理1。
2. 约束与接触条件
   • 尿道壁设为固定约束，支架与尿道接触面定义法向硬接触+切向摩擦（库伦摩擦模型）46。

三、多物理场耦合分析

1. 流固耦合（FSI）
   • 结合CFD模拟尿液流动对支架的脉动压力分布，雷诺数范围500-2000（层流至过渡流态）46。
   • 需考虑支架形变对流体域的实时反馈，采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法6。
2. 生物化学场耦合
   • 引入尿液pH值（4.6-8.0）对材料腐蚀的影响，通过腐蚀速率修正疲劳极限（下降10-30%）47。

四、疲劳寿命预测方法

1. S-N/E-N准则选择
   • 高周疲劳（>10⁶次循环）采用S-N曲线，需通过实验获取镍钛合金的疲劳极限（约300-400MPa）58。
   • 低周疲劳采用E-N准则，结合Coffin-Manson公式计算塑性应变损伤8。
2. 损伤累积模型
• 使用Miner线性累积损伤理论，临界损伤值D=0.7-1.068。
• 微动疲劳需结合Paris公式预测裂纹扩展（裂纹扩展速率da/dN=10⁻⁸-10⁻⁶ m/cycle）45。

五、验证与优化策略

1. 实验对标验证
   • 加速疲劳试验：按YY/T 0872-2013标准，10⁶次循环对应30天实际使用，要求仿真与实测寿命误差≤±15%45。
   • 关键指标：最大主应力分布一致性、裂纹萌生位置匹配度5。
2. 结构优化方向
   • 拓扑优化：降低连接处应力峰值（目标≤300MPa），采用渐变网格或弧形支撑筋设计46。
   • 表面改性：氮化钛涂层使耐磨性提升50%，腐蚀电流密度降至1×10⁻⁸ A/cm²47。

六、典型分析流程