针对可穿戴设备模拟的多弹性聚甲基 (PDMS) 的综合构成模型和分析
Nora Asyikin Zulkifli1, Geon Dae Moon2, Dong Choon Hyun3
1Department of Physics and Chemistry, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Dalseong-Gun, Daegu, 42988, Republic of Korea.
Scientific reports
|October 27, 2023
概括
本研究确定了有限元素方法 (FEM) 模拟中聚甲基 (PDMS) 最好的超弹性模型. 开发的模型准确地预测PDMS用于可穿戴设备设计的机械行为.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算力学 计算力学 计算力学
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 聚二甲基 (PDMS) 是可穿戴设备中的一个关键材料.
- 精确的PDMS机械性能计算建模对于有限元法 (FEM) 模拟至关重要.
- 现有的模型可能不涵盖各种应用所需的PDMS弹性的广泛范围.
研究的目的:
- 确定聚甲基 (PDMS) 的最佳超弹性构成模型,以准确地代表其在广泛的弹性范围内的机械性能.
- 为PDMS开发一个参数相关图,以促进其在有限元方法 (FEM) 模拟中的使用.
- 通过实验测试来验证开发的模型,并分析其适用于可穿戴设备中常见的机械变形的适用性.
主要方法:
- 与实验PDMS数据相比,安装了Mooney-Rivlin 5参数作为最好的超弹性模型.
- 构建了一个参数相关图,将不同弹性的PDMS数据结合起来.
- 使用3D打印的PDMS样本进行实验验证.
- 进行了基本机械变形 (压缩,拉伸,曲,扭曲) 的模拟.
主要成果:
- 穆尼-里夫林5参数模型证明了对实验PDMS数据的优越适配.
- 实验验证表明FEM模拟与实际PDMS样本行为之间存在良好的一致性.
- 模拟准确地反映了PDMS在可穿戴设备相关的各种变形模式下的机械反应.
- 分析证实了该模型在不同PDMS度和模块中的适用性.
结论:
- 穆尼-里夫林5参数模型为模拟FEM中的PDMS机械行为提供了一个准确和多功能框架.
- 开发的参数相关图和验证的模型是设计可穿戴设备的工程师和研究人员的宝贵资源.
- 这项工作提高了使用PDMS的灵活电子和可穿戴应用的计算模拟的预测能力.
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Members Made of Elastoplastic Material
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The behavior of elastoplastic materials under bending stresses, particularly in structural members with rectangular cross-sections, is crucial for predicting material responses and understanding failure modes. Initially, when a bending moment is applied, the stress distribution across the section follows Hooke's Law and is linear and elastic. This distribution means the stress increases from the neutral axis to the maximum at the outer fibers, up to the elastic limit.
As the bending moment...
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Relation between Poisson's ratio, Modulus of Elasticity and Modulus of Rigidity
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Deformation occurs in axial and transverse directions when an axial load is applied to a slender bar. This deformation impacts the cubic element within the bar, transforming it into either a rectangular parallelepiped or a rhombus, contingent on its orientation. This transformation process induces shearing strain. Axial loading elicits both shearing and normal strains. Applying an axial load instigates equal normal and shearing stresses on elements oriented at a 45° angle to the load axis.
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