大變形軟材料與剛性楔體接觸問題的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、軟材料與人們生活密切相關(guān)，在工業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)上有廣泛應(yīng)用背景，是力學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)化工、醫(yī)學(xué)、食品、材料、環(huán)境、工程等眾多領(lǐng)域的研究對(duì)象。對(duì)這類材料進(jìn)行深入研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。從工程角度來說，研究材料在使用過程中的大變形接觸力學(xué)性能，對(duì)于改進(jìn)材料性能、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大幫助，同時(shí)也是研制新型材料的關(guān)鍵。本文針對(duì)大變形軟材料與剛性楔體的接觸力學(xué)問題展開研究，通過大變形非均勻場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)，對(duì)大變形接觸力學(xué)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)量和

2、實(shí)驗(yàn)分析。
　　本文分別采用數(shù)字云紋技術(shù)、三維數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)、熱彈性應(yīng)力分析技術(shù)對(duì)軟材料的大變形接觸力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)量。通過平面應(yīng)變標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與離面位移標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，確定了本文DIC測(cè)量系統(tǒng)的最小不確定度，并將其用于測(cè)量分析中。在數(shù)字云紋實(shí)驗(yàn)中，研制了透明硫化硅橡膠的內(nèi)部柵格標(biāo)記，減小了離面位移帶來的誤差，實(shí)現(xiàn)了對(duì)剛性壓頭壓入大變形材料后變形場(chǎng)的非接觸測(cè)量。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，給出了材料接觸區(qū)域附近的變形場(chǎng)，并且通

3、過提取體內(nèi)柵的變形參數(shù)，直接計(jì)算了接觸區(qū)域的應(yīng)變分布。
　　本文針對(duì)大變形軟材料與剛性楔形體的接觸力學(xué)問題，系統(tǒng)地研究了不同楔角與不同壓入深度對(duì)接觸區(qū)域變形場(chǎng)的影響。首先，對(duì)橡膠類材料在不同角度（5°，15°，45°，73°）楔形體壓縮作用下的接觸區(qū)域的變形場(chǎng)進(jìn)行分析，通過對(duì)位移場(chǎng) ur,uθ、應(yīng)變場(chǎng)εr,εθ,εrθ的討論，系統(tǒng)地研究了分區(qū)構(gòu)形隨外載、楔體角度的變化規(guī)律。其次，給出了受拉仿生皮膚材料在不同縫合方式（平行和交叉）下