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本文内容主要是人工机械心脏瓣膜用各向同性热解炭断裂性能方面的研究。相关研究表明人工机械心脏瓣膜由于其在人体内保持较长使用寿命而在临床手术上得到广泛应用。目前市场上应用最多的人工机械心脏瓣膜主要是由热解炭及其复合材料制作而成。植入人体心脏的人工机械心瓣由于长期受到血流循环冲击,以及复杂生理环境中血液的腐蚀,导致人工心瓣热解炭容易产生循环疲劳问题,会造成裂纹甚至断裂等危险情况,使得整个人工机械心瓣构件的结构失效,从而危及病人生命安全。因此,关于人工心瓣用热解炭断裂性能研究对于人工心瓣构件具有重要意义。本文关于人工心瓣用热解炭断裂性能研究主要分为两部分:采用MTS电动力学测试系统测量热解炭长裂纹断裂韧性以及采用显微镜对热解炭断口形貌进行观察;利用ANSYS Workbench仿真软件分析了热解炭表面微裂纹,具体研究内容和结果如下:1、采用MTS电动力学测试系统对热解炭及其包覆石墨复合材料等4种样品进行断裂韧性值测量,可得纯热解炭KIC值为1.691±0.098 MPa·m1/2,两种热解炭包覆石墨复合材料KⅠC值为2.224±0.099 MPa·m1/2和2.397±0.035 MPa·m1/2,石墨KⅠC值为1.801±0.073MPa·m1/2;两种热解炭包覆石墨复合材料断裂韧性值大于石墨以及纯热解炭断裂韧性,石墨断裂韧性值大于纯热解炭断裂韧性;纯热解炭、两种热解炭包覆石墨复合材料以及纯石墨样品的断裂韧性值均出现偏大现象;热解炭包覆石墨复合材料中涂层与基体厚度比值不同时,对应KIC变化趋势与相关文献有限元结果相同,表明实验结果可靠性。2、采用MTS电动力学测试系统制造出热解炭及其包覆石墨复合材料样品断口,通过光学显微镜及扫描电镜对样品断口进行观察分析。结论如下:宏观结构方面纯热解炭和热解炭涂层断口表面较为平整,纯石墨和石墨基体断口表面相对粗糙,且不同于金属的是,其疲劳扩展区和过载断裂区几乎没有区别;微观断裂机制方面纯热解炭和热解炭涂层断口形貌以沿晶断裂为主,纯石墨和石墨基体断口形貌以穿晶断裂为主。3、采用ANSYS Workbench分析计算人工心瓣用热解炭表面复合型裂纹应力强度因子以及J积分。有限元仿真结果与公式计算结果相对误差均小于5%,表明基于ANSYS Workbench的仿真模拟具有可靠性;裂纹深度一定时,随着倾斜角增大,I型应力强度因子以及J积分随之增大,II型和III型应力强度因子先增大再减小;倾斜角一定时,随着裂纹深度增加,I型和III型应力强度因子以及J积分随之减小,II型应力强度因子随之增大,其中I型应力强度因子和J积分在裂纹最深处由最大值逐渐变为最小值。