基于单轴拉伸的PVA水凝胶微观网络模型研究

发布时间：2022-02-16 10:30

　　水凝胶近年来以其优越的生物相容性、高含水率、高柔韧性等特点吸引了研究者的广泛关注,被证实可应用于生物医学、组织工程、药物递送等前沿领域,是一种很具潜能的软材料。而水凝胶的微观纤维网络结构决定了它的宏观力学行为,具有重要的研究价值。本文以可用于软骨替换的聚乙烯醇（PVA）水凝胶作为研究对象,研究了它的单轴准静态拉伸行为,并以此为基础,提出了一种纤维随机分布的微观网络模型。经过测试,该模型可以与不同纤维含量的PVA水凝胶的拉伸实验曲线相吻合,证实了该模型的可靠性。更进一步,我们通过对微观纤维网络模型的分析,揭示了水凝胶材料一系列宏观力学行为的微观机理。本文的主要内容如下:（1）针对目前国内外含水软材料单轴拉伸实验的缺陷,提出了一种免夹持水凝胶单轴拉伸实验技术。使用有限元方法验证了该方案的合理性。使用该方法测量出不同纤维含量的PVA水凝胶的单轴拉伸应力-应变曲线和拉伸强度。使用Wall和Flory提出的聚合物弹性体本构方程对PVA水凝胶的拉伸行为进行了初步研究。（2）提出了一种纤维随机分布的微观网络模型,通过仪器观测、计算分析等手段确定了模型的各项微观参数。通过有限元方法进行计算,证实该模型... 

【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 水凝胶材料简介
        1.1.1 水凝胶材料
        1.1.2 水凝胶的应用
        1.1.3 聚乙烯醇水凝胶
    1.2 水凝胶材料的力学测试技术
        1.2.1 水凝胶材料压缩测试技术
        1.2.2 水凝胶材料拉伸测试技术
        1.2.3 水凝胶材料动态测试技术
        1.2.4 水凝胶材料其他测试技术
    1.3 水凝胶材料微观模型研究
    1.4 本文主要研究内容
第二章 PVA水凝胶准静态拉伸力学性能
    2.1 引言
    2.2 “回”型水凝胶试件准静态拉伸实验方法
        2.2.1 实验方法原理
        2.2.2 拉伸实验步骤
        2.2.3 “回”型水凝胶试件拉伸方法可靠性研究
    2.3 PVA水凝胶准静态拉伸实验
        2.3.1 “回”型PVA水凝胶试件的制备
        2.3.2 准静态拉伸实验过程
        2.3.3 结果分析
    2.4 本章小结
第三章 微观纤维网络模型研究
    3.1 引言
    3.2 构建微观网络模型
        3.2.1 微观模型的组成部分
        3.2.2 水凝胶微观结构观测
        3.2.3 微观模型的参数选取及构建流程
        3.2.4 使用有限元方法分析微观网络模型
        3.2.5 微观模型的离散性分析
    3.3 微观网络模型参数调整
        3.3.1 使用拉伸实验数据调整微观网络模型
        3.3.2 结果及分析
    3.4 本章小结
第四章 PVA水凝胶的微观机理分析
    4.1 引言
    4.2 PVA水凝胶拉伸断裂微观机理
    4.3 拉伸过程中PVA水凝胶的微观结构变化
        4.3.1 PVA纤维取向度变化
        4.3.2 PVA水凝胶孔径分布变化
    4.4 纤维网络模型参数的普适性
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
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[3]猪后腿肌肉的冲击压缩特性实验[J]. 王宝珍,胡时胜.  爆炸与冲击. 2010(01)
[4]短纤维复合聚乙烯醇水凝胶的力学性能[J]. 蔡勇,杨荣杰.  高分子材料科学与工程. 2007(04)
[5]数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究[J]. 潘兵,谢惠民,戴福隆.  力学学报. 2007(02)
[6]PVA水凝胶中水的状态研究[J]. 陈小刚,李文波,彭晓宏.  广东化工. 2005(08)
[7]数字图像相关中的亚像素位移定位算法进展[J]. 潘兵,谢惠民,续伯钦,戴福隆.  力学进展. 2005(03)
[8]数字图像相关中亚像素位移测量的曲面拟合法[J]. 潘兵,续伯钦,陈丁,冯娟.  计量学报. 2005(02)
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本文编号：3627807