导　　师： 汤立群

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 水凝胶在生物医学、结构仿生、环保和农业等领域有着广阔的应用前景。近年来随压入法的应用从金属材料推广到高聚物、水凝胶和生物组织等的粘弹性材料,不少学者报道了粘弹性压入法受到诸多实验条件的影响,其应用也受到了一定限制。另一方面,对聚乙烯醇(PVA)水凝胶这种关节软骨替代材料来说,在应用时往往涉及冲击荷载工况,且它是在溶液环境中工作的。因而对这类材料在溶液中的冲击特性研究是十分必要的。分离式霍普金森压杆(SHPB)是目前最重要的材料冲击特性的测试手段,然而目前几乎没有关于溶液环境中SHPB实验的报道。针对上述这两个问题,本文提出了基于最优加载速率的压入测量法;设计了适用于溶液环境的SHPB装置,并对水凝胶在溶液中的冲击特性进行了测试。本文的主要研究内容包括:(1)借助数值仿真的研究手段,分析了PVA水凝胶试件尺寸与最大压入深度的比值对试件压入行为的影响,并给出了最大压入深度的建议范围。以此为基础,开展了不同压入速度下PVA水凝胶的压入实验,分析了压入速度和PVA纤维含量对试件压入行为的影响。(2)从理论上分析并修正了作为粘弹性压入法测量原理的Lee-Radok解,借助数值仿真手段考察了加载速率对传统压入法测量结果的影响。定义了压入实验中的伪耗散功,并以之为标准衡量水凝胶在单次加卸载循环中粘性表现的程度,进而确定能有效提高测量结果可靠度的最优加载速率。最后用实验验证了这种基于最优加载速率的压入法测量的有效性。(3)在双子弹电磁驱动的聚碳酸酯SHPB装置的基础上,设计并安装了溶液系统,并通过空杆实验证实了该系统对原装置的可靠性并无影响。开展了一系列水中SHPB实验,并结合数值仿真手段,深入分析了透射信号的有效性,提出了从原信号中去除水引起的干扰信号而获�

关 键 词： 水凝胶 粘弹性压入法 溶液 冲击特性

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