本文關(guān)鍵詞：人工心瓣熱解炭力學(xué)性能研究

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【摘要】：本文內(nèi)容是關(guān)于機械人工心瓣雙葉瓣各向同性熱解炭的力學(xué)性能研究。熱解炭是氣態(tài)烴受熱分解、脫氫獲得的一種炭材料，采用流化床化學(xué)氣相沉積工藝可制備低溫各向同性熱解炭。低溫各向同性熱解炭材料具有足夠的強度，十分耐磨，彎曲強度大、彈性模量低、斷裂形變大于2%，在人體生理環(huán)境中還具有很好的化學(xué)惰性、良好的血液相容性，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中，作為機械人工心臟瓣膜涂層而廣泛應(yīng)用于心瓣置換手術(shù)。然而，熱解炭是一種脆性材料，在沉積制備和加工過程中，可能出現(xiàn)孔洞、裂紋和分層缺陷，直接影響其使用性能，導(dǎo)致心瓣組件的結(jié)構(gòu)失效。因此，熱解炭材料的力學(xué)性能分析對人工心瓣組件結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計具有重要意義。 本文進行各向同性熱解炭材料力學(xué)性能的測試與分析，研究了熱處理對人工心瓣熱解炭結(jié)構(gòu)和性能的影響，并對其斷裂力學(xué)性能開展了實驗和計算，為人工心瓣熱解炭力學(xué)性能的評價測試方法確定提供了結(jié)果預(yù)測和理論基礎(chǔ)。具體研究工作如下： 1.測定了熱處理前后各向同性熱解炭材料的各項力學(xué)性能參數(shù)（包括彈性模量、彎曲強度和顯微硬度），分析了熱處理前后材料力學(xué)性能變化的原因。結(jié)果顯示，材料經(jīng)熱處理之后，彈性模量和顯微硬度均略微降低，彎曲強度的變化則不確定。熱處理之后材料力學(xué)性能變化可能與熱處理引起材料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。 2.利用三點彎曲實驗和有限元仿真法分析了熱解炭和熱解炭包覆石墨材料的斷裂韌性。結(jié)果顯示，材料斷裂韌性有限元計算結(jié)果準(zhǔn)確性較高；復(fù)合材料斷裂韌性值隨涂層與基體厚度比降低而升高，且在厚度比小于2時，復(fù)合材料斷裂性能優(yōu)于純熱解炭和石墨材料；熱解炭包覆石墨材料存在臨界裂紋尖端半徑ρ_0（約5m），當(dāng)裂紋尖端半徑ρρ_0時，K_(IC)測量值與ρ~(1/2)成正比，，而當(dāng)ρρ_0時，KIC測量值趨于穩(wěn)定，并與尖銳裂紋尖端樣品測量值一致。 3.采用有限元分析法研究了人工心瓣瓣片的運行應(yīng)力和殘余熱應(yīng)力分布，并依據(jù)損傷容限設(shè)計理念對國產(chǎn)某類型機械人工心瓣雙葉瓣瓣片進行了結(jié)構(gòu)安全壽命預(yù)測。結(jié)果顯示，人工心瓣瓣片最大運行拉應(yīng)力為61.272MPa，出現(xiàn)在瓣片耳肩區(qū)域；最大殘余熱應(yīng)力為26.536MPa，出現(xiàn)在瓣片B基準(zhǔn)位置；設(shè)計壽命為100年時，人工心瓣瓣片的初始裂紋尺寸不得大于81.4m。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.11;TQ127.11

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張建輝;人工心瓣瓣片熱解碳涂層工藝[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報;2003年06期

2 錢桂安,王茂廷,王蓮;基于ANSYS的二維斷裂參量的計算及分析[J];機械強度;2004年S1期

3 廖寄喬,黃伯云,黃志鋒,陳亮,陳騰飛;熱解炭微觀結(jié)構(gòu)的表征——熱解炭各向異性的偏振光分析[J];理化檢驗.物理分冊;2002年11期

4 吳峻峰;白朔;劉樹和;徐紅軍;成會明;;大尺寸各向同性熱解炭材料的制備與表征[J];新型炭材料;2006年02期

5 黃楠,楊萍,冷永祥,陳俊英,孫鴻,奚廷斐,田文華,吳喜,馬旺扣,陳凡,朱劍豪,湯寶寅;機械人工心臟瓣膜材料表面改性研究進展[J];中國科學(xué)基金;1999年06期

6 劉金依,龔曉燕,劉永軍,薛河;裂紋深度和材料特性對斷裂參量的影響[J];煤礦機械;2002年01期

7 吳峻峰;白朔;成會明;;熱處理對各向同性熱解炭材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響[J];新型炭材料;2006年03期

8 薛河,劉金依,徐尚龍,朱華雙;ANSYS中斷裂參量的計算及分析[J];重型機械;2002年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 白朔;吳峻峰;劉樹和;徐紅軍;羅川;周序科;成會明;;各向同性熱解炭材料的制備與表征[A];第19屆炭—石墨材料學(xué)術(shù)會論文集[C];2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 楊志華;雙葉型人工機械心臟瓣膜的設(shè)計與制造[D];四川大學(xué);2006年

2 李鵬;滌綸人工心臟瓣膜縫合環(huán)抗菌性表面改性及機理研究[D];西南交通大學(xué);2005年

本文編號：1143957