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。

图. 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)。

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。