利用彈性膜測量流場邊界摩擦應(yīng)力.pdf

1、流場邊界摩擦應(yīng)力的準(zhǔn)確測量對流體力學(xué)的理論研究和實際應(yīng)用具有重要的意義。目前雖有多種已在科學(xué)研究及工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用摩擦應(yīng)力傳感器，但仍無法滿足日益深入的研究與應(yīng)用需求，尤其是在水流體環(huán)境中可以對所需區(qū)域進摩擦應(yīng)力場測量的傳感器。本文的主要工作是對目前一種新穎的流場邊界摩擦應(yīng)力場測量方法——S3F（shear and stress sensitive film）法進行實現(xiàn)并應(yīng)用于明渠流邊壁摩擦應(yīng)力測量從而驗證方法的可行性。
　

2、　本研究首先對目前主流的邊界摩擦應(yīng)力測量方法進行了介紹，并詳細(xì)介紹S3F法的基本原理，所需器材及其優(yōu)點。然后文章將從光學(xué)測量方法，傳感器制備與標(biāo)定，有限元求解摩擦應(yīng)力及在明渠流中的實際應(yīng)用四個方面闡釋S3F法的實現(xiàn)及在水環(huán)境中的使用。在于光學(xué)測量方法部分，闡述所需數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)方法的原理，介紹所需光學(xué)測量所需斑點場的制作方法和測量所需設(shè)備。在S3F法傳感器制備與標(biāo)定部分，簡要介紹傳感器所需材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的物理化學(xué)性質(zhì)及

3、選取原因。主要對PDMS的彈性模量進行測量，通過改變混合比和固化溫度獲得彈性模量范圍為102~106 Pa的PDMS材料。測量采用傳統(tǒng)萬能拉伸測試機和2D-DIC并對結(jié)果進行比較,測量結(jié)果證明了光學(xué)測量的優(yōu)越性。在求解摩擦應(yīng)力部分，簡要介紹薄膜變形的控制方程，詳細(xì)展示如何使用有限元軟件ANSYS中的APDL語言進行建模參數(shù)的選取及位移場邊界條件的導(dǎo)入。對于明渠流中實際應(yīng)用部分，簡要介紹目前明渠流底邊壁摩擦應(yīng)力測量的研究現(xiàn)狀及測量方法。選