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Updated: Sep 10, 2025

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging
Published on: December 4, 2020
经过有限变形的水凝裂的能量释放率
Konstantinos Garyfallogiannis1, Prashant K Purohit1, John L Bassani1
1Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA.
这项研究表明,液体流量对水凝的折断性有显著影响,尤其是在不透气条件下和更高的加载率下. 了解这些影响对于预测软组织和凝中的材料失效至关重要.
科学领域:
- 材料科学
- 固体机械学
- 生物力学
背景情况:
- 水凝和弹性体破裂涉及很大的变形,并广泛研究破裂性.
- 之前的分析模型往往忽略了透厚效应,并专注于平面应变配方.
- 液体流量对断裂行为的影响需要在三维场景中进一步调查.
研究的目的:
- 在三维中分析水凝和弹性体的断裂行为,同时考虑透和不透的边界条件.
- 调查裂纹尖端附近的短暂压力,应变和化学潜力场.
- 使用多弹性积分计算能量释放率,并探索其对液体流量和负载率的依赖性.
主要方法:
- 解决平面应变和三维破裂样本的边界初始值问题.
- 使用多弹性路径独立积分 (J*) 来计算能量释放率.
- 应用基于临界延伸的裂纹生长标准来预测能量释放率作为固体体积分的函数.
主要成果:
- 裂纹尖端附近的过渡场不同于线性多弹性和大变形平面应变模型的非对称解决方案.
- 液体流动方向 (在平面内与平面外) 取决于边界透性,影响能量释放.
- 由于液体流量贡献,较高的负载率和不透的边界增加了能量释放率.
- 发现能量释放与固体体积分的非单调依赖.
结论:
- 液体流量是水凝和弹性体断裂的关键因素,影响能量释放率.
- 开发的多弹性模型为这些材料的裂传播提供了更全面的理解.
- 这些发现适用于各种问题,包括软组织和纤维凝的破裂.
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