利用彈性膜測量流場邊界摩擦應力.pdf

1、流場邊界摩擦應力的準確測量對流體力學的理論研究和實際應用具有重要的意義。目前雖有多種已在科學研究及工程領域得到廣泛的應用摩擦應力傳感器，但仍無法滿足日益深入的研究與應用需求，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力場測量方法——S3F（shear and stress sensitive film）法進行實現并應用于明渠流邊壁摩擦應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力測量方法進行了介紹，并詳細介紹S3F法的基本原理，所需器材及其優(yōu)點。然后文章將從光學測量方法，傳感器制備與標定，有限元求解摩擦應力及在明渠流中的實際應用四個方面闡釋S3F法的實現及在水環(huán)境中的使用。在于光學測量方法部分，闡述所需數字圖像相關技術方法的原理，介紹所需光學測量所需斑點場的制作方法和測量所需設備。在S3F法傳感器制備與標定部分，簡要介紹傳感器所需材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的物理化學性質及

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并對結果進行比較,測量結果證明了光學測量的優(yōu)越性。在求解摩擦應力部分，簡要介紹薄膜變形的控制方程，詳細展示如何使用有限元軟件ANSYS中的APDL語言進行建模參數的選取及位移場邊界條件的導入。對于明渠流中實際應用部分，簡要介紹目前明渠流底邊壁摩擦應力測量的研究現狀及測量方法。選