教学科研

西南交通大学青年教师刘俊杰在JMPS上发表最新研究成果

来源:力学与航空航天学院    日期:2022/6/24 17:31:50    点击数:3542

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,西南交通大学康国政教授团队和浙江大学曲绍兴教授团队合作,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,最新的研究成果以“Indentation of elastomeric membranes by sphere-tipped indenters: snap-through instability, shrinkage, and puncture”为题,发表于固体力学领域顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上,刘俊杰讲师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1.高弹体软膜的穿刺破坏

该研究工作受到国家自然科学基金(Nos. 12102370, 12132014),中央高校基金(Nos. 2682021CX082, 2020XZZX005-02),和“111”计划(No. B21034)的资助。

刘俊杰讲师于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,是西南交通大学“软物质创新团队”成员,其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,同时获四川省高层次青年人才称号。主要研究方向为软物质力学和水凝胶涂层,在软材料破坏方面取得的研究成果曾以第一作者发表于JMPS, 2018, 112: 458-471; JMPS, 2019, 133: 103737和以共同通讯作者发表于JMPS, 2021, 156: 104616等固体力学领域顶级期刊上。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jmps.2022.104973

信息员:梁碧波     作者:力学与航空航天学院     责任编辑:陈薇

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