發(fā)布時間：2020-05-27 16:30

【摘要】：纖維增強非均質(zhì)超彈性材料(血管、肝臟、高分子材料等)因其沿纖維方向獨特的力學性能,被廣泛應用于生物醫(yī)療、材料仿生、柔性電子等眾多領(lǐng)域。建立可準確描述此類材料響應的本構(gòu)模型和模擬方法,不僅可有效地指導產(chǎn)品/結(jié)構(gòu)設(shè)計、壽命估算和可靠性分析,更可為非均質(zhì)材料失效/破壞機理分析、新型材料合成和性能優(yōu)化等奠定基礎(chǔ)。此類材料的微結(jié)構(gòu)通常較為復雜,且存在明顯的尺寸效應和隨機因素影響。盡管學者針對此類材料開展了大量的研究,目前尚無統(tǒng)一的本構(gòu)關(guān)系可同時描述材料及由其組成結(jié)構(gòu)的全部響應特性。文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn):部分應變能密度函數(shù)因無法滿足凸性條件,難以保證解的存在性和唯一性;由于應變度量的限制,僅少部分超彈性模型可用于有限元數(shù)值實現(xiàn),且難以滿足變形過程的全部物理要求。因此,建立滿足變形過程物理要求、形式簡單且便于有限元數(shù)值實現(xiàn)的纖維增強非均質(zhì)材料超彈性本構(gòu)關(guān)系顯得尤為重要。本文重點研究了單束纖維增強非均質(zhì)材料超彈性響應本構(gòu)建模、模型系數(shù)識別和有限元模擬實現(xiàn),開展的工作包括:(1)基于右Cauchy-Green應變不變量和張量分析,建立了一種描述材料不可壓縮性和超彈性力學行為的應變能函數(shù),并進一步推導了第二P-K應力-右Cauchy-Green應變及切線剛度矩陣等的顯式表達式;通過理論推導獲得了2類極限工況下,單束纖維增強材料超彈性響應的解析解,借助最小二乘原理,提出了超彈性模型參數(shù)識別迭代方法;采用已有文獻的單束纖維增強材料實驗數(shù)據(jù),擬合獲得了理論模型系數(shù);通過對比分析理論預測結(jié)果和實驗數(shù)據(jù),證明了開發(fā)模型的有效性。(2)通過理論推導獲得了單束纖維增強材料超彈性響應的控制方程和有限元離散方程,采用MATLAB語言編寫了有限元模擬程序;結(jié)合實驗數(shù)據(jù)和解析解驗證了模擬方法的有效性和開發(fā)程序的正確性,為非均質(zhì)生物軟組織超彈性響應模擬奠定了基礎(chǔ)。(3)依據(jù)豬肝臟組織微結(jié)構(gòu)組成,建立了該軟組織的有限元模型;結(jié)合不同組成部分的材料特性,采用自主開發(fā)的模擬程序分析了拉壓工況下組織組成、纖維方向和模型參數(shù)對軟組織變形和應力分布的影響規(guī)律。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 劉君;林小軍;;生物軟組織的正交各向異性超彈性材料模型及數(shù)值模擬[J];蘭州工業(yè)高等專科學校學報;2011年03期

2 龔亞琦;樊建平;;基于纖維增強超彈性基體模型的骨骼肌有限元模擬[J];中國生物醫(yī)學工程學報;2009年05期

3 吳國華,劉峰,夏靈,呂維雪;人體左心室復合材料有限元機械模型的建立[J];中國生物醫(yī)學工程學報;2002年05期

4 劉慶杰,郭尚平;肝臟小葉的雙重介質(zhì)滲流模型及滲流模式[J];重慶大學學報(自然科學版);2000年S1期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 許芳;生物復合材料的非線性超彈性有限元分析[D];北京工業(yè)大學;2006年

，

本文編號：2683815