大變形斷裂力學(xué)問題三維變形場實驗研究.pdf

1、軟材料的豐富物理內(nèi)涵和廣泛應(yīng)用范圍迫切需要關(guān)于其力學(xué)性能的探究。在其大變形斷裂力學(xué)的研究中，由于受到材料本構(gòu)關(guān)系多樣性的影響，理論和數(shù)值研究存在一些困難。而不受材料性能限制的實驗測試方法，成為大變形斷裂力學(xué)問題研究的有效手段，但由于受到實驗技術(shù)的限制，目前工作甚少。本文針對大變形斷裂力學(xué)問題的實驗研究展開工作，主要包括：對大變形非均勻場變形測量實驗技術(shù)的改進(jìn)，和對大變形斷裂裂尖區(qū)域的系統(tǒng)的實驗測試和實驗分析。
　　 本文對數(shù)字云

2、紋實驗技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提出圓環(huán)射線柵線數(shù)字云紋法，建立有效的大變形圖像的處理技術(shù)，實現(xiàn)了對極坐標(biāo)下大變形非均勻變形場的直接測量。該方法中選用圓環(huán)和射線柵線作為變形測試的基本元件，通過對圓射柵線直接的四步相移及其相應(yīng)的圖像處理，實現(xiàn)了極坐標(biāo)系下的位相場、位移場的直接測量和提取。同時，該方法以極點和射線為觀測點可以對變形體的剛體平動和轉(zhuǎn)動位移進(jìn)行測量。圓射柵線數(shù)字云紋法集成了物體變形位移測量和剛體位移測量的功能，拓寬了數(shù)字云紋實驗技術(shù)在材料和

3、結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為分析中的應(yīng)用。
　　 本文應(yīng)用數(shù)字云紋變形測量技術(shù)，研究了大變形斷裂裂尖區(qū)域平面變形場的特征，討論了裂尖區(qū)域的扇形分區(qū)構(gòu)形。首先，對橡膠材料不同載荷方式(90°，60°，45°)的裂尖區(qū)域變形場進(jìn)行測試，通過對位移場ur，uθ、應(yīng)變場εr，εθ，εrθ、面積應(yīng)變場△S/S的分析，系統(tǒng)地討論了裂尖區(qū)域的扇形分區(qū)構(gòu)形，及其隨著載荷方向改變的規(guī)律。并以90°載荷方式為例，初步探究了裂尖區(qū)域扇形分區(qū)中的應(yīng)力強度因子K和奇異

4、性指數(shù)λ的特征。其次，對受拉仿生皮膚材料不同縫合方式下(平行縫合和交叉縫合)針口尖端區(qū)域的變形場進(jìn)行測試，討論了尖端區(qū)域的扇形分區(qū)構(gòu)形特征及其對傷口愈合的影響。
　　 本文提出大變形斷裂問題的三嵌套模型。文中采用三維數(shù)字散斑相關(guān)方法測量了裂尖區(qū)域沿厚度方向的離面變形場，并基于對裂尖區(qū)域平面和離面變形特征的分析，提出了大變形斷裂問題的三嵌套模型，即裂尖區(qū)域由三個由內(nèi)向外嵌套的區(qū)域組成，分別是：尖端的三維變形損傷區(qū)，存在扇形分區(qū)構(gòu)形