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充液管道系统是一种最具有代表性的输送系统之一，它广泛应用于建筑、机械、海洋工程、核工业、生物医学工程等人们生活的方方面面。自然界中也存在着一些天然的管道，它们不是人为建造的，而是经过亿万年的不断演化和自然选择的共同作用而产生并广泛存在于今天的生物界中。其中最具代表性的就是动物体和人体的心血管系统。 由于各种原因如人为操纵的失误、地震、液体非恒定流动等因素的影响，激发管道产生瞬态力学行为，而管道的这种行为又会反过来影响其中运输的液体。这种固体管壁与其中流体的相互影响、相互作用的现象称为流固耦合。充液管道的流固耦合有时是有利的，有时是有害的。激烈的流固耦合作用能大大降低整个系统的可靠性。 在现代社会，血管疾病如动脉粥样硬化、动脉瘤等的死亡率居各类疾病之首，严重威胁着人类的生命健康和安全。在生命科学的研究中，力学扮演了越来越重要的角色。由于血管壁有极大的弹性以及血流的脉动性，血管壁与血液间的流固耦合作用是非常明显的。若想从根本上揭示病变的发病机理，并依此来寻求最有效的诊疗手段，对正常及病变的血管系统的流固耦合力学行为研究是非常必要的。目前对心血管疾病的诊断通常依靠生理或解剖学上的测量。大部分诊断是基于对临床效果的评估，类似地，对动脉瘤的介入治疗依据瘤的直径而忽略了动脉壁的组成、血液与瘤壁的相互作用以及病人个体瘤的几何形状。计算机模拟能根据各种因素，其中包括动脉壁的组成材料、表面解剖学特征和血流动力学预测临床效果。我们称这种更加综合和复杂的方法为“个性化的诊断学”，这种方法非常有助于提高介入治疗的效果。目前这项研究仍处于初级阶段。必要的是，需要排除某些复杂的因素而使建模有可行性。依据计算机模拟结果所预测的瘤膨胀和破裂的风险，今后，临床医生可以决定是否真正需要外科手术。血管内修复手术被认为是一种具有较小侵入性的有广阔前景的介入治疗方法。支架植入的目的是阻止的脉动血流对动脉瘤壁的直接冲击，消除瘤内的血液参与体内的血液循环。因此，建立血管支架治疗主动脉瘤等其它血管病变的流固耦合模型具有重要意义，利用这些模型可能查明介入治疗对动脉瘤的生长和重建的影响，降低并发症的出现概率。这是当今相关研究领域的前沿课题之一。以上这些研究仅处于起步阶段，仍有许多工作要做。 整个论文主要研究内容和创新点有以下几方面： (1)基于水击流固耦合理论给出了管道流固耦合径向运动方程。建立了理想弯曲管道及理想动脉瘤的双向流固耦合数值模型。数值计算结果揭示出脉动流作用下理想模型的非对称运动行为。此外，研究还发现管道曲率和弹性模量对管壁应力峰值的影响以及血液粘度对动脉瘤腔内血流动力学行为的影响规律，为流固耦合理论基础上的实际工程问题的研究奠定了基础。 (2)建立了基于医学影像的个性化脑动脉瘤、腹主动脉瘤及胸主动脉瘤的双向流固耦合数值模型。计算结果揭示出脑动脉瘤的生物力学行为如腔内流动模式、壁面切应力和壁顺应性与腔内血栓沉积之间的关系。研究发现了腹主动脉瘤发展过程中壁强度、顺应性、瘤壁破裂风险指数等具有重要参考价值参数的变化趋势。 (3)建立了覆膜支架置入前后胸主动脉瘤力学行为的双向流固耦合数值模型。数值计算结果揭示出胸主动脉瘤患者的心动周期、术后腔内血栓体积对瘤体顺应性、支架位移与拉力及流场的影响规律，从力学角度为覆膜支架优化设计和胸主动脉瘤患者的个性化医疗干预措施提出了理论参考建议。