Dalbosco, Misael; Fancello, Eduardo A.; Holzapfel, Gerhard A. · 2024 · Comput. Methods Appl. Mech. Engrg.
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Authors: Dalbosco, Misael; Fancello, Eduardo A.; Holzapfel, Gerhard A.
📄 Quick Note¶
摘要概述¶
这是一篇关于基于代表性体积单元（representative volume element, RVE）的多尺度计算模型用于动脉壁微观力学研究的综述。文章首先系统梳理了动脉壁三层结构（tunica intima/media/adventitia）的微观组织、力学行为（collagen 纤维招募、J 形应力-应变曲线、残余应力）与 mechanobiology（vSMC/成纤维细胞通过 ECM 感知力学并维持 homeostasis），随后对文献中已有的 RVE 模型按几何构造（离散 truss 网络 vs. embedded element）、本构（线性弹性 + recruitment stretch vs. 指数型）、多尺度边界条件（Taylor-Voigt / linear boundary displacements / periodic boundary fluctuations / uniform tractions）进行分类比较，并汇总在 Table 1。综述通过几组代表性结果展示了 RVE 模型在重现宏观双轴 J 形响应、纤维重新取向（fiber reorientation）、超生理载荷下的应力软化（collagen damage）、高血压诱导的 G&R 以及腹主动脉瘤（AAA）neo-adventitia 形成等场景中的描述与预测能力。作者强调 RVE 模型相比纯宏观本构的优势在于能刻画微观尺度的非仿射变形与损伤局部化，但现有工作普遍忽视了对所选 multiscale BC 的合理性论证，以及对胶原纤维方向分散统计分布的严格校核。
关键图表¶
- Fig. 6：tunica media 的六种 RVE 几何方案（从 2D truss-on-plane-stress 到 3D embedded fibers + 弹性 lamellae + vSMC 椭球），直观呈现从纯离散纤维网络到"1D 纤维嵌入 3D 基质"的简化程度谱系，是理解整个领域建模选择的入口。
- Fig. 9：同一种 media RVE 在等双轴变形下，三种边界条件（linear boundary displacements / periodic boundary fluctuations / uniform tractions）产生的 von Mises 应变场对比——affine 边界把应变推向内部，minimally constrained 推向边界，periodic 居中，直接说明 BC 选择对微观场分布的决定性影响。
- Fig. 13：Mahutga & Barocas [48] 对慢性高血压下 media RVE 的 G&R 预测：血管增厚扩张以恢复 homeostatic 应力，actin 纤维在环向长粗承担更多载荷，凸显 vSMC 在力学稳态重建中的核心作用。
与我的关联¶
这篇综述为血管 G&R 的多尺度建模提供了完整的文献坐标与方法论对照（尤其 Table 1 与对 multiscale BC 的批判），对我用 FEniCS 构建 SMC G&R 模型时选择 RVE 几何、纤维分散表示与边界条件有直接参考价值；其对 micro-macro kinematic transfer 与 homeostasis 机制的梳理也与我当前 biomechanics 课题高度契合。