本文關(guān)鍵詞：人工心瓣熱解炭斷裂性能研究

  更多相關(guān)文章： 人工心瓣 各向同性熱解炭 有限元 應(yīng)力強(qiáng)度因子 斷裂韌性

【摘要】：本文內(nèi)容是研究人工心瓣各向同性熱解炭的斷裂性能。各向同性熱解炭是采用流化床化學(xué)氣相沉積法制備的，熱解炭的化學(xué)氣相沉積是指碳?xì)浠衔镌跉鈶B(tài)條件下在反應(yīng)裝置中發(fā)生化學(xué)裂解反應(yīng)，生成的碳原子重新沉積在加熱的固態(tài)基體表面，，最后得到熱解炭的工藝技術(shù)。如果在制備的過程中沉入一定量的硅就成了含硅各向同性熱解炭。兩者都具有優(yōu)良地抗血凝性及生物相容性，并且強(qiáng)度高、耐磨性好，在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為制備人工機(jī)械心瓣最重要的材料。由于制備工藝條件不夠成熟及材料本身的脆性，導(dǎo)致人工心瓣熱解炭存在孔隙、裂紋以及分層等缺陷，在體內(nèi)持續(xù)載荷的作用下容易發(fā)生裂紋擴(kuò)展甚至斷裂，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效，影響心瓣置換患者的生命。因此，分析人工心瓣各向同性解熱炭的疲勞裂紋擴(kuò)展以及斷裂性能，對提高人工心瓣的可靠性起著非常關(guān)鍵的作用。本文對人工機(jī)械心瓣熱解炭斷裂性能進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下： （1）采用有限元軟件ABAQUS和斷裂分析軟件FRANC3D（V6.0），對人工機(jī)械心瓣熱解炭試樣初始裂紋處應(yīng)力強(qiáng)度因子計算，與基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的理論值比較，最大相對誤差不超過3.0%，驗(yàn)證了計算的準(zhǔn)確性。對初始裂紋大小、位置和形狀對應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響進(jìn)行討論，結(jié)果表明：隨著初始裂紋的擴(kuò)大，應(yīng)力強(qiáng)度因子也跟著增大；初始裂紋位于試樣的邊緣或者是中間對結(jié)果影響很��；半橢圓形裂紋長半軸與短半軸比值越接近1，計算結(jié)果越穩(wěn)定。 （2）簡要概述了疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值在疲勞裂紋擴(kuò)展中的重要性及它的測定原理和測定方法。根據(jù)作者對人工機(jī)械心瓣熱解炭材料斷裂性能的研究和總結(jié)，設(shè)計了一套測試人工心瓣熱解炭斷裂韌性實(shí)驗(yàn)程序和裝置。 （3）分析了氣泡空化作用引起的人工機(jī)械心瓣表面的腐蝕現(xiàn)象，給出了在人工機(jī)械心瓣瓣片上引起的水柱壓力公式。按照第一強(qiáng)度理論，采用有限元軟件驗(yàn)證了人工心瓣瓣片承受力最大位置在瓣片和瓣片耳交匯區(qū)域處（稱為耳肩）。 （4）利用eFatigue在線軟件計算人工機(jī)械心瓣熱解炭試樣疲勞裂紋擴(kuò)展壽命，結(jié)果表明：初始裂紋尺寸對人工心瓣瓣片疲勞裂紋擴(kuò)展壽命影響非常大，控制初始裂紋尺寸可大大提高疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；而脆性材料臨界裂紋尺寸對疲勞裂紋擴(kuò)展壽命影響不大；隨著循環(huán)應(yīng)力比的減小，疲勞裂紋擴(kuò)展速率減小，相應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命延長。
【關(guān)鍵詞】：人工心瓣 各向同性熱解炭 有限元 應(yīng)力強(qiáng)度因子 斷裂韌性
【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】：2014
【分類號】：R318.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 人工心瓣概述10-12
• 1.2 人工心瓣的發(fā)展歷史12-13
• 1.3 人工心瓣各向同性熱解炭應(yīng)用13-16
• 1.4 人工心瓣熱解炭疲勞斷裂研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4.1 人工心瓣熱解炭疲勞斷裂研究概況16-18
• 1.4.2 人工心瓣熱解炭疲勞斷裂研究中存在的問題18-19
• 1.5 本文主要的研究內(nèi)容19-21
• 第2章 疲勞斷裂研究的基本理論21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 線彈性斷裂力學(xué)理論21-22
• 2.2.1 裂紋類型21-22
• 2.2.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性22
• 2.3 疲勞裂紋擴(kuò)展速率 da/ dN測定原理22-26
• 2.3.1 疲勞裂紋擴(kuò)展速率 da/ dN概念22-23
• 2.3.2 疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展的含義23-24
• 2.3.3 疲勞裂紋擴(kuò)展的描述24-26
• 2.4 疲勞裂紋擴(kuò)展的力學(xué)理論26-27
• 2.5 理論分析控制疲勞裂紋擴(kuò)展的因素27-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第3章 人工心瓣熱解炭裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分析29-39
• 3.1 引言29
• 3.2 有限元法求解應(yīng)力強(qiáng)度因子的理論基礎(chǔ)29-33
• 3.3 人工心瓣熱解炭裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子分析33-38
• 3.3.1 引言33
• 3.3.2 運(yùn)用 FRANC3D V6.0 求解33-36
• 3.3.3 影響人工心瓣熱解炭裂紋前緣 KI因素分析36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 人工心瓣熱解炭 _(Kth)及 K_(IC)測定39-44
• 4.1 疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值測定39-41
• 4.1.1 引言39
• 4.1.2 疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值的測定原理39-40
• 4.1.3 力學(xué)性能參數(shù)與疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值的關(guān)系40-41
• 4.2 人工心瓣熱解炭斷裂韌性實(shí)驗(yàn)設(shè)定41-43
• 4.2.1 引言41
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)定的技術(shù)背景和意義41
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)主要步驟41-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 第5章 人工心瓣瓣片疲勞裂紋擴(kuò)展壽命分析44-51
• 5.1 損傷容限設(shè)計法在人工心瓣組件上的應(yīng)用44
• 5.2 人工心瓣空化現(xiàn)象分析44-47
• 5.3 人工心瓣瓣片疲勞裂紋擴(kuò)展壽命數(shù)值分析47-49
• 5.3.1 確定缺陷形狀和大小47
• 5.3.2 人工心瓣瓣片疲勞壽命數(shù)值推導(dǎo)47-48
• 5.3.3 eFatigue 計算人工心瓣瓣片疲勞裂紋擴(kuò)展壽命48-49
• 5.4 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命影響因素分析49-50
• 5.4.1 初始和臨界裂紋裂紋尺寸因素分析49-50
• 5.4.2 循環(huán)應(yīng)力比因素分析50
• 5.5 本章小結(jié)50-51
• 第6章 總結(jié)與展望51-53
• 6.1 本文研究的總結(jié)51
• 6.2 進(jìn)一步展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 附錄57

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李昌榮,王向暉,鄭志宏,林梓鑫,俞柳江,張峰,柳襄懷,陳安清,蔣振斌;熱解碳的氮離子注入處理及其血液相容性評價[J];功能材料與器件學(xué)報;2002年01期

2 羅樂;許賢玉;郭慧爾;方曉東;嚴(yán)中亞;陶汝華;程光存;;人工心臟瓣膜的研究進(jìn)展[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年02期

3 賈學(xué)明,王啟智;三維斷裂分析軟件FRANC3D[J];計算力學(xué)學(xué)報;2004年06期

4 王永廉;一種計算疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值的新方法[J];機(jī)械強(qiáng)度;1999年02期

5 趙少汴;損傷容限設(shè)計方法和設(shè)計數(shù)據(jù)[J];機(jī)械設(shè)計;2000年05期

6 張建輝;人工心瓣瓣片熱解碳涂層工藝[J];蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報;2003年06期

7 劉斌;沈士明;;基于FRANC3D的三維疲勞裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬[J];煤礦機(jī)械;2007年12期

8 張明;疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值試驗(yàn)方法的探討[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;1992年05期

9 鄒盛銓;人工心瓣水擊現(xiàn)象研究進(jìn)展[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;1995年01期

10 劉立海;黃啟忠;謝志勇;王秀飛;;熱解炭的微觀結(jié)構(gòu)及其測試方法[J];炭素技術(shù);2007年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 衣振華;疲勞裂紋擴(kuò)展研究及在裝載機(jī)橫梁壽命估算中的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2011年

本文編號：682616