大變形斷裂力學問題三維變形場實驗研究.pdf

1、軟材料的豐富物理內涵和廣泛應用范圍迫切需要關于其力學性能的探究。在其大變形斷裂力學的研究中，由于受到材料本構關系多樣性的影響，理論和數值研究存在一些困難。而不受材料性能限制的實驗測試方法，成為大變形斷裂力學問題研究的有效手段，但由于受到實驗技術的限制，目前工作甚少。本文針對大變形斷裂力學問題的實驗研究展開工作，主要包括：對大變形非均勻場變形測量實驗技術的改進，和對大變形斷裂裂尖區(qū)域的系統(tǒng)的實驗測試和實驗分析。
　　 本文對數字云

2、紋實驗技術進行改進，提出圓環(huán)射線柵線數字云紋法，建立有效的大變形圖像的處理技術，實現了對極坐標下大變形非均勻變形場的直接測量。該方法中選用圓環(huán)和射線柵線作為變形測試的基本元件，通過對圓射柵線直接的四步相移及其相應的圖像處理，實現了極坐標系下的位相場、位移場的直接測量和提取。同時，該方法以極點和射線為觀測點可以對變形體的剛體平動和轉動位移進行測量。圓射柵線數字云紋法集成了物體變形位移測量和剛體位移測量的功能，拓寬了數字云紋實驗技術在材料和

3、結構的力學行為分析中的應用。
　　 本文應用數字云紋變形測量技術，研究了大變形斷裂裂尖區(qū)域平面變形場的特征，討論了裂尖區(qū)域的扇形分區(qū)構形。首先，對橡膠材料不同載荷方式(90°，60°，45°)的裂尖區(qū)域變形場進行測試，通過對位移場ur，uθ、應變場εr，εθ，εrθ、面積應變場△S/S的分析，系統(tǒng)地討論了裂尖區(qū)域的扇形分區(qū)構形，及其隨著載荷方向改變的規(guī)律。并以90°載荷方式為例，初步探究了裂尖區(qū)域扇形分區(qū)中的應力強度因子K和奇異

4、性指數λ的特征。其次，對受拉仿生皮膚材料不同縫合方式下(平行縫合和交叉縫合)針口尖端區(qū)域的變形場進行測試，討論了尖端區(qū)域的扇形分區(qū)構形特征及其對傷口愈合的影響。
　　 本文提出大變形斷裂問題的三嵌套模型。文中采用三維數字散斑相關方法測量了裂尖區(qū)域沿厚度方向的離面變形場，并基于對裂尖區(qū)域平面和離面變形特征的分析，提出了大變形斷裂問題的三嵌套模型，即裂尖區(qū)域由三個由內向外嵌套的區(qū)域組成，分別是：尖端的三維變形損傷區(qū)，存在扇形分區(qū)構形