使用激光诱导的惯性化来实验性描述高应变率粘弹性和异型软材料中的损伤行为

科学领域:

• 生物力学和材料科学 生物力学和材料科学
• 软物质物理学 软物质物理学
• 非线性动力学是一种非线性动力学.

背景情况:

• 由于复杂的机械行为,在超高拉伸率 (> 10^3 s^-1) 的软材料中进行表征是具有挑战性的.
• 了解这些行为对于激光眼科手术和软组织对高速能量沉积的反应等应用至关重要.
• 不同类型,不透明的生物组织在超高应变率的机械测试中提出了独特的挑战.

研究的目的:

• 开发和验证一种实验方法,以超高应变率量化测量异型软材料和生物组织.
• 为了明确解释纤维定向力学和超高拉伸率表征中的损伤演变.
• 为了在超高应变速率下进行异型软材料和生物组织的定量测量.

主要方法:

• 激光诱导化 (LIC) 实验使用纳秒脉冲激光在聚乙醇 (PVA) 水凝和胸组织上进行.
• 超高速视频拍摄 (每秒120万到200万),以捕捉化气泡的动态.
• 开发和整合两个非线性超粘弹性构成模型 (Poynting-Thomson,概括Maxwell) 与气泡动态数据.

主要成果:

• 在LIC实验中,LIC实验证明了异型气泡动力学,在合成水凝和生物组织中优先沿纤维方向延长.
• 基于模型的气泡动力学的装配产生了有效的超高速率定向模块和关键拉伸值来启动损坏.
• 粘弹性放松对于高缓冲率至关重要,而定向损伤建模对于准确复制实验观测至关重要.

结论:

• 开发的LIC方法提供了一种强大的工具,用于量化异型软材料和生物组织的超高应变率机械性能.
• 纤维的方向性显著影响材料的反应和损伤的启动在超高的张力率.
• 准确的建模需要结合软材料和生物组织的粘性弹性和定向损伤机制.