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杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2021年第5期41卷 62-66,74页

作者：刘刚王丽雅查潇张建辉杭州电子科技大学机械工程学院浙江杭州310018

为了研究人工心瓣热解炭涂层表面半椭圆形微小裂纹的扩展行为,采用ABAQUS有限元分析与FRANC3D断裂分析软件对人工心瓣热解炭涂层表面半椭圆形中心裂纹初始起裂角进行仿真分析。研究结果表明:Ⅰ型和Ⅱ型裂纹初始起裂角在裂纹前缘中心取... 详细信息

为了研究人工心瓣热解炭涂层表面半椭圆形微小裂纹的扩展行为,采用ABAQUS有限元分析与FRANC3D断裂分析软件对人工心瓣热解炭涂层表面半椭圆形中心裂纹初始起裂角进行仿真分析。研究结果表明:Ⅰ型和Ⅱ型裂纹初始起裂角在裂纹前缘中心取得最小值,在裂纹尖端取得最大值;裂纹深度不变时,Ⅰ型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大而增大,Ⅱ型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大先减小后增大;裂纹倾斜角不变时,裂纹深度越小,对模型表面裂纹初始起裂角的影响越大,且裂纹深度对Ⅰ型裂纹初始起裂角的影响大于Ⅱ型裂纹。

关键词：人工心瓣热解炭裂纹初始起裂角

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裂纹起裂角预测方法研究

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四川大学学报（工程科学版） 2015年第2期47卷 28-35页

作者：王超朱哲明刘宏杰四川大学建筑与环境学院四川成都610065

为研究裂纹起裂角的预测方法,提出一个适用于岩石类材料小范围的屈服准则,旨在预测弹塑性材料的破坏行为。基于该屈服准则,推导出Ⅰ、Ⅱ及Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹尖端塑性区半径,并对在单轴拉伸和纯剪切等荷载作用下的裂纹尖端塑性区进行分析... 详细信息

为研究裂纹起裂角的预测方法,提出一个适用于岩石类材料小范围的屈服准则,旨在预测弹塑性材料的破坏行为。基于该屈服准则,推导出Ⅰ、Ⅱ及Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹尖端塑性区半径,并对在单轴拉伸和纯剪切等荷载作用下的裂纹尖端塑性区进行分析。结果显示,荷载加载方式、裂纹倾斜角和材料内摩擦角对塑性区形状与大小有显著影响。根据对裂纹尖端塑性区的分析,基于裂纹沿塑性区最短路径扩展这一假设,在所提屈服准则的基础上导出新的断裂准则,该准则可预测裂纹开裂初始角。相较于其他断裂准则,所提准则与文献试验结果吻合更好,能更加精确地预测裂纹起裂角。

关键词：屈服准则塑性核心区半径裂纹初始起裂角断裂准则

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人工心瓣热解炭材料断裂性能研究

人工心瓣热解炭材料断裂性能研究

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作者：刘刚杭州电子科技大学

学位级别：硕士

热解炭是一种类陶瓷的硬脆性材料,因其具有出色的化学稳定性以及良好的生物相容性等特点,在生物医学领域常用作人工机械心脏瓣膜的涂层材料。植入人体的人工机械心脏瓣膜工作于复杂的生理环境当中,且瓣片表面热解炭涂层长期承受血流的... 详细信息

热解炭是一种类陶瓷的硬脆性材料,因其具有出色的化学稳定性以及良好的生物相容性等特点,在生物医学领域常用作人工机械心脏瓣膜的涂层材料。植入人体的人工机械心脏瓣膜工作于复杂的生理环境当中,且瓣片表面热解炭涂层长期承受血流的循环冲击作用,涂层表面可能会因空化气蚀等原因的影响出现微小裂纹缺陷。随着时间的推移,这些微小裂纹可能会扩展形成宏观裂纹,甚至导致瓣片发生断裂,致使人工机械心脏瓣膜可靠性降低甚至完全失效,威胁瓣膜植入者的生命健康。因此,针对人工机械心脏瓣膜用热解炭材料断裂性能展开研究对预测心瓣有效寿命及提高其结构稳定性具有重要意义。本文采用实验与数值模拟等方法对热解炭材料断裂性能展开研究,采用ABAQUS有限元联合FRANC3D断裂分析软件计算热解炭表面复合型裂纹初始起裂角,并对其裂纹扩展进行仿真分析;采用MTS疲劳试验机对热解炭及热解炭石墨复合材料圆盘试样进行紧凑拉伸实验,通过显微镜观察试样断口形貌并分析断裂机制。具体研究内容如下:1.采用ABAQUS联合FRANC3D软件对人工机械心脏瓣膜热解炭涂层表面中心半椭圆形裂纹初始起裂角进行分析计算。结果表明:半椭圆形裂纹初始起裂角关于裂纹前缘中心节点对称,裂纹扩展方向相反;裂纹深度恒定时,I型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大而增大,II型裂纹初始起裂角随裂纹倾斜角的增大先减小后增大;裂纹倾斜角恒定时,裂纹深度越小,对模型表面裂纹初始起裂角的影响越大,且裂纹深度对I型裂纹初始起裂角的影响程度大于II型裂纹。2.采用MTS疲劳试验机制备热解炭及热解炭石墨复合材料圆盘试样断口,并利用光学显微镜与扫描电子显微镜对试样断口形貌进行观察分析。结果表明:光学显微镜下的热解炭断口相对石墨断口更为平整,石墨断口因存在较多颗粒物而相对粗糙;扫描电子显微镜下的热解炭断口表现为柱状颗粒和片层状形貌,断裂类型主要为沿晶断裂,而石墨断口存在大量白色解理面以及晶粒脱落形成的微孔,断裂类型主要为穿晶断裂;热解炭等类陶瓷材料的裂纹扩展过程是内在损伤机制与外在屏蔽机制共同作用的结果。3.采用ABAQUS联合FRANC3D软件研究人工心瓣热解炭涂层的裂纹扩展过程。讨论裂纹深度与倾斜角对裂纹扩展行为的影响。结果表明:瓣片运行应力最大值出现在瓣片耳肩区,该区域存在明显的应力集中现象;拉伸载荷作用下,减小裂纹深度与增大裂纹倾斜角可以降低热解炭材料疲劳裂纹扩展速率,提高人工心瓣的使用寿命。

关键词：人工心瓣热解炭裂纹初始起裂角断口形貌裂纹扩展断裂机制

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