【摘要】：纖維增強(qiáng)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(dú)特的力學(xué)性能,被廣泛應(yīng)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(zhǔn)確描述此類材料響應(yīng)的本構(gòu)模型和模擬方法,不僅可有效地指導(dǎo)產(chǎn)品/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壽命估算和可靠性分析,更可為非均質(zhì)材料失效/破壞機(jī)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(fù)雜,且存在明顯的尺寸效應(yīng)和隨機(jī)因素影響。盡管學(xué)者針對(duì)此類材料開(kāi)展了大量的研究,目前尚無(wú)統(tǒng)一的本構(gòu)關(guān)系可同時(shí)描述材料及由其組成結(jié)構(gòu)的全部響應(yīng)特性。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn):部分應(yīng)變能密度函數(shù)因無(wú)法滿足凸性條件,難以保證解的存在性和唯一性;由于應(yīng)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(shí)現(xiàn),且難以滿足變形過(guò)程的全部物理要求。因此,建立滿足變形過(guò)程物理要求、形式簡(jiǎn)單且便于有限元數(shù)值實(shí)現(xiàn)的纖維增強(qiáng)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(diǎn)研究了單束纖維增強(qiáng)非均質(zhì)材料超彈性響應(yīng)本構(gòu)建模、模型系數(shù)識(shí)別和有限元模擬實(shí)現(xiàn),開(kāi)展的工作包括:(1)基于右Cauchy-Green應(yīng)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(xué)行為的應(yīng)變能函數(shù),并進(jìn)一步推導(dǎo)了第二P-K應(yīng)力-右Cauchy-Green應(yīng)變及切線剛度矩陣等的顯式表達(dá)式;通過(guò)理論推導(dǎo)獲得了2類極限工況下,單束纖維增強(qiáng)材料超彈性響應(yīng)的解析解,借助最小二乘原理,提出了超彈性模型參數(shù)識(shí)別迭代方法;采用已有文獻(xiàn)的單束纖維增強(qiáng)材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合獲得了理論模型系數(shù);通過(guò)對(duì)比分析理論預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),證明了開(kāi)發(fā)模型的有效性。(2)通過(guò)理論推導(dǎo)獲得了單束纖維增強(qiáng)材料超彈性響應(yīng)的控制方程和有限元離散方程,采用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)了有限元模擬程序;結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和解析解驗(yàn)證了模擬方法的有效性和開(kāi)發(fā)程序的正確性,為非均質(zhì)生物軟組織超彈性響應(yīng)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(kāi)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(duì)軟組織變形和應(yīng)力分布的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

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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�？茖W(xué)校學(xué)報(bào);2011年03期

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

3 吳國(guó)華,劉峰,夏靈,呂維雪;人體左心室復(fù)合材料有限元機(jī)械模型的建立[J];中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年S1期

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

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本文編號(hào)：2683815