Nonlinear fluid-structure interaction with application in computational haemodynamics

Mengaldo, Gianmarco

Nonlinear fluid-structure interaction with application in computational haemodynamics

Wednesday 27th July 2011

Formaggia, L.

Nobile, F.

I principali interessi di questa tesi sono relativi all emodinamica computazionale ed in particolare all interazione tra la meccanica della parete arteriosa, modellata come materiale nonlineare isotropo, e il flusso sanguigno. Il punto di partenza di questo lavoro è stato quindi quello di descrivere correttamente il comportamento della parete di un arteria in regime di deformazioni finite con modelli strutturali nonlineari tipicamente utilizzati per modellare tessuti biologici, quali sono i materiali iperelastici. Successivamente si è provveduto ad accoppiare tali modelli con un solutore fluido-struttura partizionato (segregato). Il presente lavoro è stato interamente sviluppato con un Software orientato a oggetti, libero con licenza LGPL chiamato LifeV in grado di lavorare in parallelo. Il Software è una libreria ad elementi finiti scritta in linguaggio C++ che risolve diversi problemi fisici quali ad esempio, problemi in ambito fluidodinamico, meccanico, di diffusione-trasporto-reazione in un contesto multiscala. In particolare, gli algoritmi sviluppati modellano problemi di interazione fluido-struttura e di meccanica nonlineare, tridimensionali e tempo-varianti. The principal interest of this thesis is in computational haemodynamics and in particular in the interaction between non-linear isotropic arterial wall-mechanics and blood flow. The starting point of this work is therefore to correctly describe the mechanical behavior of the artery wall in regime of finite deformations with the nonlinear structural models commonly used to describe biological tissues, ie hyperelastic materials. Subsequently, the nonlinear structural models are coupled using a partitioned (segregated) strategies to the fluid equations. All of the present work is developed with the Free Software object-oriented with license LGPL called LifeV that works on parallel architecture. In particular, the software is a finite element library that solves several physical problems, such as fluid dynamics, reaction-diffusion-transport and mechanical problems in a multiphysics contest. In particular the algorithms developed, simulate the three-dimensional, time-varying fluid-structure interaction (FSI) problems and the nonlinear three-dimensional, time-varying mechanical problems. Keywords: Interazione fluido-struttura nonlineare, iperelasticità, emodinamica, calcolo parallelo, modelli strutturali nonlineari, grandi deformazioni. Nonlinear fluid-structure interaction, hyperelasticity, haemodynamics, parallel computing, nonlinear structural models, large deformations.