仿生纤维增强弹性体的力学
软凝聚态物质
2021-09-06 v1 组织与器官
摘要
纤维增强是软体肌肉性静水骨骼的关键特性，此类结构能够承受大变形并保持姿态。围绕圆柱形蠕虫躯体螺旋缠绕的纤维有助于控制管径与长度。几何分析表明，称为魔角(magic angle)的54.7度纤维缠绕角可使包络体积最大。很少有研究探讨差异化的纤维缠绕对纤维增强弹性体(FRE)大变形力学的影响。我们利用定制丝缠绕技术制备了缠绕角从0到90度变化的横向各向同性FRE材料，并通过单轴和等双轴实验表征了其非线性应力-应变关系。我们在连续介质力学框架内利用这些数据，提出了一种针对含可伸长嵌入纤维的不可压缩FRE材料的新型本构模型。该模型除应变不变量I1和I4中的耦合项外，还包含基体与纤维各自的贡献。偏应力分量在FRE复合材料中纤维取向角接近魔角时发生反号。这些结果在软体机器人应用以及心肌、动脉和皮肤等纤维增强组织的生物力学中具有重要价值。
引用
@article{arxiv.1912.00989,
title = {Mechanics of bioinspired fiber reinforced elastomers},
author = {Aritra Chatterjee and Nimesh R. Chahare and Paturu Kondaiah and Namrata Gundiah},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.00989},
year = {2021}
}
备注
6 figures, 2 tables