中文 | English 我要入会 联系我们

青托资料

首页 > 青托资料 > 青托故事

【人才成长】中国力学学会青年托举人才刘俊杰在软材料穿刺力学取得进展

发布日期:2022年06月23日

橡胶类高弹体软膜由于其优异的大变形能力和丰富的刺激响应性,在软体机器或柔性器件等领域具有广泛的应用,如气动软体抓手、软体爬虫等。软膜与外界尖锐物体接触易发生局部大变形,进而引发软膜的穿刺破坏,限制了软膜服役过程中的可靠性。鉴于此,西南交通大学刘俊杰课题组和浙江大学曲绍兴教授课题组合作,曾对高弹体软膜的穿刺大变形和穿刺破坏问题开展了实验与理论分析研究(Junjie Liu et al., JMPS, 2018, 112: 458-471. )。他们最新的研究工作以“Indentation of elastomeric membranes by sphere-tipped indenters: snap-through instability, shrinkage, and puncture”为题,发表于固体力学顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上(https://doi.org/10.1016/j.jmps.2022.104973),刘俊杰是该论文的第一和共同通讯作者。

他们从实验中首次观察到软膜穿刺大变形中的“突跳”失稳现象,即软膜的穿刺力-位移曲线呈现出“N”型特征,并发展力学模型复现了该“突跳”失稳现象;发现了软膜穿刺过程中的变形形貌“颈缩”现象,并据此提出了一种测量软膜表面摩擦系数的新方法;发现了软膜表面的高摩擦使得软膜的临界穿刺力相比于低摩擦软膜提高了数倍,并揭示了该差异的力学机制:高摩擦能够缓解穿刺过程中软膜相对针尖的滑动,对针尖形成包裹,避免了软膜在针尖处的应力集中,从而延缓了软膜的穿刺破坏。该研究工作为理解软膜穿刺大变形规律,以及软膜穿刺破坏调控和抗穿刺设计提供了新的思路。

upfile

. 高弹体软膜的穿刺破坏

软膜利用其表面的高摩擦实现抗穿刺破坏的力学机制可类比于刘俊杰与哈佛大学锁志刚院士等之前所提出的“弹性耗散体”增韧的机制(Junjie Liu et al., JMPS, 2019, 133: 103737):材料将裂尖的高应力集中区通过“弹性耗散体”进行分散和化解,避免了裂尖的应力集中,从而可以有效地阻止裂纹的扩展。利用“弹性耗散体”增韧的软材料兼具高韧性、低滞回和抗疲劳特性。此外,他们还利用双边裂纹拉伸实验,讨论了软材料的裂纹尖端场和疲劳阈值,并将基本断裂功这一概念应用于软材料中(Tenghao Yin et al., JMPS, 2021, 156: 104616)。

upfile

刘俊杰于2020年从浙江大学获得固体力学博士学位,导师为曲绍兴教授,随后加入西南交通大学力学与航空航天学院康国政教授团队,他依托中国力学学会获得了中国科协第七届青年人才托举工程项目的资助,主要研究方向为软物质力学。


联系我们

  • 电话:

    86 10 6255 9588

  • 传真:

    86 10 6255 9588

  • 邮箱:

    office@cstam.org.cn

  • 邮编:

    100190

  • 地址:

    北京市北四环西路15号

相关链接

国际组织
部委
团体会员
深圳市海塞姆科技有限公司中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所西安建筑科技大学力学技术研究院西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院浙江清华柔性电子技术研究院湖南大学机械与运载工程学院国家纳米科学中心克里门森互动(北京)顾问有限公司中南大学杭州朗杰测控技术开发有限公司北京理工大学先进结构技术研究院哈尔滨工业大学(深圳)天津大学力学系暨南大学应用力学研究所、力学与土木工程系武汉大学土木建筑工程学院工程力学系中山大学航空航天学院应用力学与工程系国防科技大学空天科学学院应用力学系宁波大学力学与材料科学研究中心浙江理工大学上海市应用数学和力学研究所中国空气动力研究与发展中心高速所长沙理工大学北京理工大学兰州大学力学系甘肃省力学学会长江科学院大连理工大学工程力学系中国科学院武汉岩土力学研究所安徽省力学学会辽宁省力学学会中国科学技术大学力学和机械工程系西安交通大学北京航空航天大学太原理工大学应用力学研究所中南建筑设计院中南林业科技大学华南理工大学土木与交通学院浙江大学航空航天学院应用力学研究所浙江大学航空航天学院流体工程研究所上海交通大学同济大学航空航天与力学学院湘潭大学低维材料及其应用教育部重点实验室北京交通大学力学系中国特种设备检测研究院宝山钢铁股份有限公司华中科技大学力学系西北工业大学中国航天空气动力技术研究院中国科学院力学研究所北京大学力学与工程科学系清华大学航天航空学院北京工业大学哈尔滨工业大学
地方学会链接

学会公众号

学会微博

力学科普

力学学报

力学学报英文版

力学进展

力学快报

力学与实践
Copyright © 2016 版权所有 中国力学学会 I 网站内容未经许可,不得转载 I  京ICP备05039218号-1, 审核日期:2005年7月7日