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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire
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Application of the PFEM to the study of blood flows and their interactions with artery walls

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Delhez, Jeanne ULiège
Promoteur(s) : Ponthot, Jean-Philippe ULiège
Date de soutenance : 24-jui-2024/25-jui-2024 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/20394
Détails
Titre : Application of the PFEM to the study of blood flows and their interactions with artery walls
Titre traduit : [fr] Application de la méthode PFEM pour l’étude des écoulements sanguins et leurs interactions avec les parois artérielles
Auteur : Delhez, Jeanne ULiège
Date de soutenance  : 24-jui-2024/25-jui-2024
Promoteur(s) : Ponthot, Jean-Philippe ULiège
Membre(s) du jury : Ruffoni, Davide ULiège
Desaive, Thomas ULiège
Lacroix, Martin ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 135
Mots-clés : [en] cardiovascular diseases
[en] biomechanics
[en] hemodynamics
[en] PFEM
[en] fluid-structure interaction
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Multidisciplinaire, généralités & autres
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil biomédical, à finalité spécialisée
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Cardiovascular diseases are a leading cause of mortality in Belgium and worldwide, with projections indicating a concerning rise in related deaths. Understanding the hemodynamics and biomechanical mechanisms underlying vascular failure is essential for advancing diagnostic and therapeutic strategies. In this context, computational models offer a promising tool that can really improve patient care. In particular, fluid-structure interaction algorithms have found significant applications in cardiovascular engineering, in coupling simulations of blood flows with the mechanical responses of blood vessels.
This thesis focuses on the computational modeling of the fluid-structure interaction of artery walls and blood flows as a means of assessing different biomechanical aspects. For this, the flow-structure interaction problem is addressed using a partitioned approach with a strong coupling of PFEM (for the fluid) and FEM (for the solid) models. This work relies on the PFEM3D and Metafor codes and exploits the synchronization and communication framework FSPC, all developed in the LTAS-MN2L lab of ULiège. This marks the first application of the PFEM to such biomechanical simulations.
Axisymmetric models of arteries are developed by incorporating both the Newtonian and Casson fluid models, as well as linear elastic, Neo-Hookean, and Mooney-Rivlin hyperelastic models for the deformation of blood vessels. The numerical simulations successfully describe a wide range of situations and problems, from the ejection of blood from the left ventricle and the blood flow in the healthy aortic artery to the dynamics of an abdominal aortic aneurysm and, ultimately, its rupture. The different models provide valuable insights into the corresponding dynamics and help to identify the different aspects that still need to be improved. In particular, the results explain why local defects of the artery wall must be compensated by biological remodeling processes, with the replacement of elastin by stiffer collagen, to avoid further development and rupture of an aneurysm.
Overall, this work underscores the potential of PFEM3D, Metafor, and their coupling within the FSPC framework to advance our understanding of hemodynamics and biomechanical processes, and to contribute to the improved handling of cardiovascular diseases.


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Auteur

  • Delhez, Jeanne ULiège Université de Liège > Master ing. civ. biom. fin. spéc.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Ruffoni, Davide ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Mécanique des matériaux biologiques et bioinspirés
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Desaive, Thomas ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'astrophys., géophysique et océanographie (AGO) > Thermodynamique des phénomènes irréversibles
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Lacroix, Martin ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > LTAS-Mécanique numérique non linéaire
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
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