在生物医学领域中,应用最为广泛的人工机械心脏瓣膜涂层均采用热解炭材料。热解炭具有结构致密,化学性质稳定,抗凝血性能和生物相容性优异等特点。热解炭在生产制备、加工和手术等过程中以及在心脏内长期承受血流载荷的循环冲击,由于空化气蚀和心脏内部特殊的环境等原因,热解炭涂层可能会产生裂纹等缺陷。在人工心瓣长期的工作中,裂纹可能会发生扩展甚至导致热解炭涂层发生脆性断裂,从而给患者的健康带来严重威胁。因此,研究热解炭材料的断裂性能对提高人工机械心瓣的稳定性具有重要价值。本文对人工心瓣热解炭材料断裂性能进行研究,采用ABAQUS软件计算了热解炭涂层可能存在的裂纹的应力强度因子;采用扩展有限元法研究了热解炭涂层可能存在的裂纹的扩展行为;通过MTS电动力学测试系统制备了热解炭及其复合材料的紧凑拉伸试样断口,并通过光学显微镜和扫描电镜对断口进行形貌分析。具体研究内容如下:1.采用ABAQUS软件对热解炭涂层裂纹的应力强度因子（SIFs）进行仿真计算。结果表明:仿真值与基于实验基础的理论值的相对误差小于4%,验证了仿真计算的可靠性;保持热解炭涂层裂纹数量不变,边缘裂纹和中心裂纹的I型SIFs随裂纹倾斜角和长度增加而增大;当裂纹倾斜角不为0°和90°时,边缘裂纹和中心裂纹的II型SIFs随裂纹长度增加而增大,且在裂纹倾斜角为45°时达到最大值;改变热解炭涂层裂纹数量,边缘裂纹和中心裂纹的I、II型的SIFs曲线分别重合,且均小于单条裂纹的I、II型SIFs。2.通过MTS电动力学测试系统制备人工心瓣热解炭及其复合材料的断口。结果表明:在光学显微镜下,热解炭涂层断口相对平整细腻,石墨断口较为粗糙不平;在扫描电镜下,热解炭断口呈现沿晶断裂形貌,石墨断口呈现穿晶断裂形貌;人工心瓣热解炭等类陶瓷材料的力学性质存在不确定性,其可能的微观机理可分为内在机理和外在机理。3.基于XFEM研究人工心瓣热解炭涂层裂纹的扩展行为的影响因素。结果表明:在一定范围内,裂纹倾斜角、裂纹位置、裂纹间距和裂纹深度对热解炭涂层裂纹的扩展方向无明显影响,裂纹均沿直线进行扩展且波动较小;裂纹倾斜角、裂纹位置和裂纹深度对热解炭涂层裂纹的扩展速率有显著影响;热解炭涂层的裂纹扩展行为与材料的内部结构、裂纹几何参数和能量等因素有关。