不对称的样品形状通过加剧剪切应变和应力使平面双轴测试假设复杂化
Daniel P Pearce1, Michael Chiariello1, Colleen M Witzenburg1
1Department of Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53706, USA.
平面双轴测试中的样品形状不对称性显著增加了剪切应变和力,使传统分析无效. 避免不对称对于软组织的精确机械表征至关重要.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 机械工程 机械工程
- 组织力学 组织力学
背景情况:
- 平面双轴测试对于软组织的表征至关重要,但通常假定均的应变和微不足道的剪切.
- 软组织的机械行为是复杂的,样本几何限制可以引入不对称性.
- 样品形状不对称对双轴测试的影响尚不清楚.
研究的目的:
- 调查样品形状不对称性对平面双轴测试结果的未定量影响.
- 在不对称条件下量化剪切应变,剪切力和应变均性.
- 为了确定不对称性对机械性能估计的影响.
主要方法:
- 使用聚甲基 (PDMS) 凝作为简化生物材料模型.
- 采用有限元模型 (FEM) 和实验验证.
- 经过测试的PDMS凝具有不同程度的形状不对称.
主要成果:
- 样本形状不对称性显著增加了样本边界的剪切应变和剪切力.
- 不对称性导致双轴测试中的主要应力被高估.
- 排除剪切力导致在反向表征过程中低估了剪切模块.
结论:
- 在传统的平面双轴测试中,必须避免样品形状不对称,以确保准确的结果.
- 不对称性引入了重大错误,使软组织的标准分析方法无效.
- 利用不对称性可能为复杂材料中可靠的构成参数估计提供新的途径.
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