目錄
前言
符號(hào)表
第一章 緒論 1
1.1 水凝膠材料 1
1.1.1 水凝膠的分類 1
1.1.2 水凝膠的應(yīng)用 2
1.2 水凝膠的力學(xué)性能 4
1.2.1 低彈性模量 4
1.2.2 強(qiáng)度增強(qiáng)和損傷表征 5
1.2.3 力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn) 6
參考文獻(xiàn) 7
第二章 水凝膠靜態(tài)力學(xué)行為的實(shí)驗(yàn)表征 9
2.1 PVA水凝膠試件制備 9
2.1.1 凍融法 10
2.1.2 試件制備注意事項(xiàng) 11
2.1.3 含水率測(cè)量 13
2.2 加載失水測(cè)量 14
2.2.1 實(shí)驗(yàn)方法 14
2.2.2 測(cè)量結(jié)果 18
2.3 單軸拉伸測(cè)試 20
2.3.1 實(shí)驗(yàn)方法 20
2.3.2 測(cè)試結(jié)果 21
2.4 雙軸拉伸測(cè)試 22
2.4.1 實(shí)驗(yàn)方法 22
2.4.2 測(cè)試結(jié)果 23
2.5 溶液環(huán)境中的力學(xué)行為 27
2.5.1 溶液中的荷載系統(tǒng)標(biāo)定 28
2.5.2 溶液環(huán)境中的體積測(cè)量技術(shù) 28
2.5.3 溶液環(huán)境中的加載失水行為 30
參考文獻(xiàn) 33
第三章 水凝膠黏彈性行為的實(shí)驗(yàn)表征 34
3.1 壓入法 34
3.1.1 金屬材料壓入法的修正 34
3.1.2 黏彈性材料壓入法的修正 36
3.1.3 黏彈性材料壓入法的加卸載修正 39
3.1.4 黏彈性材料壓入法的最優(yōu)加載速率 40
3.2 鼓泡法 45
3.2.1 經(jīng)典球冠模型 45
3.2.2 PVA水凝膠薄膜鼓泡實(shí)驗(yàn) 46
3.2.3 黏彈性鼓泡位移模型 46
參考文獻(xiàn) 52
第四章 水凝膠動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的實(shí)驗(yàn)表征 53
4.1 霍普金森壓桿技術(shù)原理 53
4.2 雙子彈電磁驅(qū)動(dòng)霍普金森壓桿 56
4.2.1 雙子彈電磁驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 57
4.2.2 電磁驅(qū)動(dòng)方案 58
4.2.3 速度重復(fù)性驗(yàn)證 59
4.2.4 黏彈性桿的彌散修正 60
4.3 測(cè)量結(jié)果與修正 61
4.3.1 環(huán)形試件帶來的“副作用” 62
4.3.2 PVA水凝膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 64
4.4 溶液環(huán)境中的動(dòng)態(tài)加載 66
4.4.1 溶液環(huán)境分離式霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng) 66
4.4.2 沒有試件時(shí)溶液傳遞的荷載 67
4.4.3 有試件時(shí)溶液傳遞的荷載 69
4.4.4 非單軸應(yīng)力狀態(tài)造成的軸向附加應(yīng)力 71
4.4.5 水凝膠材料在溶液環(huán)境中的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 73
4.5 適用于中應(yīng)變率測(cè)試的霍普金森壓桿 74
4.5.1 長雙子彈電磁驅(qū)動(dòng)霍普金森壓桿 74
4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 77
參考文獻(xiàn) 77
第五章 水凝膠力學(xué)行為的數(shù)值表征 79
5.1 三維PVA水凝膠的纖維網(wǎng)絡(luò)模型 79
5.1.1 水凝膠的細(xì)觀結(jié)構(gòu) 79
5.1.2 網(wǎng)絡(luò)模型生成方法 80
5.1.3 微觀參數(shù)確定 84
5.1.4 半島纖維及纖維慣性力 87
5.2 纖維網(wǎng)絡(luò)非線性力學(xué)行為的微觀機(jī)理 91
5.3 多軸加載下纖維網(wǎng)絡(luò)的力學(xué)行為 95
5.3.1 模型的邊界約束 95
5.3.2 雙軸拉伸的分析 97
5.4 基于單相纖維網(wǎng)絡(luò)的雙相水凝膠力學(xué)行為模擬 98
5.4.1 水應(yīng)力計(jì)算方法 99
5.4.2 有效作用面積的統(tǒng)計(jì) 101
5.4.3 聚合物和水對(duì)水凝膠的貢獻(xiàn) 104
5.5 水凝膠框架式模型 106
5.5.1 框架式模型概述 106
5.5.2 框架式模型中的高分子纖維網(wǎng)絡(luò) 109
5.5.3 框架式模型中的水 112
5.5.4 框架式模型中的虛擬薄膜 114
5.5.5 框架式模型的整體情況 115
5.5.6 框架式模型中最小勢(shì)能原理的運(yùn)用 117
5.5.7 框架式模型計(jì)算流程 118
5.5.8 結(jié)合水含量測(cè)量 120
5.5.9 框架式模型的預(yù)測(cè)效果及分析 122
參考文獻(xiàn) 124
第六章 水凝膠的靜動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系 125
6.1 準(zhǔn)靜態(tài)本構(gòu)模型 125
6.1.1 本構(gòu)模型基本假設(shè) 125
6.1.2 準(zhǔn)靜態(tài)本構(gòu)模型推導(dǎo) 126
6.1.3 加載下體積變化率的推導(dǎo) 130
6.1.4 準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮的擬合效果 132
6.2 動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系 134
6.2.1 動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程推導(dǎo) 134
6.2.2 軸向應(yīng)變率和徑向應(yīng)變率的關(guān)系 135
6.2.3 動(dòng)態(tài)單軸壓縮的擬合效果 137
參考文獻(xiàn) 139