超弹性材料参数的测定及在微管吸吮模型中的应用

发布时间：2017-05-15 02:01

  本文关键词：超弹性材料参数的测定及在微管吸吮模型中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,常用于微管吸吮实验分析的力学模型主要有半无限体模型和球模型,为了验证李永胜等人推导的球模型的弹性近似解的合理性,本文选取110甲基乙烯基硅橡胶材料来对微管吸吮实验模型公式进行实验验证。材料选定后,首先将该材料制成圆柱体试件,应用INSTRON5544材料拉伸试验机对圆柱体试件进行了单轴压缩的力学特性测试。然后将实验数据代入近似本构关系表达式中,该近似本构关系是本文根据已有的三种模型的应变能密度函数,即Neo-Hookea模型、Mooney-Rivilin模型和Yeoh模型,采用泰勒级数展开的办法求得。结合实验数据与近似本构关系,应用origin软件进行非线性拟合处理,得到了分别用上述三种本构模型描述该材料时的力学性能参数,拟合所求得名义应力-应变曲线与实验曲线吻合较好。 为了验证材料参数的合理性,应用ABAQUS有限元软件进行了模拟分析。包括：用轴对称单元建立模型,用拟合所得材料参数表示该超弹性材料的材料属性,边界条件与单轴压缩实验时保持一致,最后将模拟所得名义应力-应变关系与实验数据进行比较,以验证Neo-Hookea模型、Mooney-Rivilin模型和Yeoh模型的材料参数的合理性。 用该材料制作了不同直径的实心小球试件,模拟微管吸吮实验过程,用外径12mm、内径10mm的钢管对小球试件进行吸吮实验。实验中,用手动试压泵施加压力,激光位移传感器测量小球的吸入长度,并通过DHVTC振动测试系统观察并记录施加不同压力下的位移信号图像。由于DHVTC振动测试系统输出的是电压信号,因此需要按照标定公式将实验数据转换成相应的力与位移。 在用吸吮模型公式进行计算时,先用实验所得应力-应变曲线求出该材料的弹性模量,然后将其代入微管吸吮实验的弹性近似解方程中,通过计算求得微管吸吮实验的力-位移的近似解。最后,将实验数据与近似解进行比较,结果吻合较好。这表明微管吸吮球模型的弹性近似解一定程度上是精确可靠的,我们可用它来对细胞的微管吸吮进行较精确的弹性分析。
【关键词】：110甲基乙烯基硅橡胶 应变能密度函数 超弹性 微管吸吮实验 有限元分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 微管吸吮技术及实验系统10-14
• 1.2.1 微管吸吮的应用10-11
• 1.2.2 微管吸吮系统11-14
• 1.3 有限元法在微管吸吮技术中的应用14-15
• 1.4 本文的主要工作和意义15-17
• 1.4.1 本文的研究目的和意义15
• 1.4.2 本文的主要工作15-17
• 第二章 超弹性材料参数的测定17-29
• 2.1 硅橡胶类材料的概述17
• 2.2 橡胶类材料的本构模型17-20
• 2.2.1 Neo-Hookea的本构模型17-18
• 2.2.2 Mooney-Rivlin的本构模型18-19
• 2.2.3 Yeoh应变能函数19
• 2.2.4 Ogden应变能函数19-20
• 2.3 硅橡胶材料的压缩实验20-23
• 2.3.1 INSTRON5544试验机的简介及标定20-22
• 2.3.2 实验材料22
• 2.3.3 实验方法22-23
• 2.4 硅橡胶材料压缩实验的数据处理与结果分析23-29
• 2.4.1 硅橡胶材料压缩实验的数据处理23-24
• 2.4.2 本构关系的理论推导24-26
• 2.4.3 硅橡胶材料压缩实验的结论26-28
• 2.4.4 误差分析28-29
• 第三章 通过有限元模拟验证材料参数的合理性29-41
• 3.1 摩擦系数的测量29-31
• 3.1.1 测量方法29-30
• 3.1.2 测量原理30
• 3.1.3 误差分析30-31
• 3.2 硅橡胶材料压缩的有限元模拟31-32
• 3.2.1 模型的创建31-32
• 3.2.2 网格划分与分析计算32
• 3.3 结论与分析32-41
• 3.3.1 模拟结果与拟合结果32-39
• 3.3.2 结论与分析39-41
• 第四章 超弹性材料在微管吸吮实验中的应用41-57
• 4.1 宏观模拟微管吸吮实验41-44
• 4.1.1 实验设备41-43
• 4.1.2 连接实验装置43
• 4.1.3 检查装置的密封性43-44
• 4.2 宏观模拟微管吸吮实验44-47
• 4.2.1 负压系统44
• 4.2.2 宏观模拟实验44-47
• 4.3 数据处理与结果分析47-56
• 4.3.1 最小二乘法原理及计算47-48
• 4.3.2 线弹性数据处理48-52
• 4.3.3 结论分析52-55
• 4.3.4 误差分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 工作总结57-58
• 5.2 工作展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-65
• 硕士期间发表的学术论文65

【参考文献】

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本文编号：366631