人工机械心瓣的损伤容限分析

doi:10.11901/1005.3093.2020.238

材料研究学报

2021, Vol. 35

Issue (2): 128-134 DOI: 10.11901/1005.3093.2020.238

研究论文

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人工机械心瓣的损伤容限分析

张建辉(

), 邢兴, 阮叶鹏, 孙振国

杭州电子科技大学机械工程学院杭州 310018

Damage Tolerance Analysis of Artificial Mechanical Heart Valve

ZHANG Jianhui(

), XING Xing, RUAN Yepeng, SUN Zhenguo

School of Mechanical Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China

引用本文:

张建辉, 邢兴, 阮叶鹏, 孙振国. 人工机械心瓣的损伤容限分析[J]. 材料研究学报, 2021, 35(2): 128-134.
Jianhui ZHANG, Xing XING, Yepeng RUAN, Zhenguo SUN. Damage Tolerance Analysis of Artificial Mechanical Heart Valve[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2021, 35(2): 128-134.

全文: PDF(1471 KB) HTML

摘要:

基于断裂力学的损伤容限方法分析了国产全炭人工机械心瓣的保守寿命-在生理负荷作用下，热解炭瓣片失效前预存初始裂纹扩展到临界尺寸经历的加载循环次数。结果表明：人工机械心瓣瓣膜的最小初始裂纹尺寸只有几十微米，为了给瓣膜植入患者提供最大的安全保障，其基本要求是使用损伤容限设计方法进行热解炭人工心瓣的设计和质量控制。

关键词 ：复合材料, 热解炭人工心瓣, 损伤容限, 允许初始裂纹

Abstract：

The structural reliability of artificial mechanical heart valve made of pyrolytic carbon was assessed by means of damage tolerance methodology. In particular, a conservative estimation concerning the possible life-time, or the number of loading cycles was established, in that estimated duration, the pyrolytic carbon artificial heart valve can operate properly in service under given physiological loadings until a pre-existing flaw of minimum size grows gradually to the critical size. It is shown that a minimum pre-existing defect size computed is typically of the order of tens of microns for such pyrolytic carbon valve, for structural life of any pyrolytic carbon component in excess of patient lifetimes. The use of such analysis must be regarded as an essential requirement for the design and quality control of new and the existing pyrolytic carbon artificial heart valve in order to provide maximum assurance of patient safety.

Key words： composite pyrolytic carbon for prosthetic heart valve damage tolerance analyses pre-existing defect size

收稿日期: 2020-06-17

ZTFLH:

TB332

基金资助:浙江省重大科技专项(2015C01035)

作者简介: 张建辉，男，1963年生，博士

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图1 国产人工机械心瓣的示意图

表1 人工心瓣瓣片模型材料参数

图2 人工心瓣瓣片有限元网格划分

图3 瓣片的边界约束条件

图4 人工机械心瓣瓣片运行应力第一强度理论分布云图

图5 人工机械心瓣瓣片残余热应力的有限元模型网格划分

图6 人工心瓣瓣片的残余热应力分布

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