冲击引起的喷jet穿透皮肤模拟材料的特征
流体动力学
2026-02-20 v1
摘要
本研究比较了冲击产生的喷jet与激光产生的喷jet的穿透特性，关注穿透机制本身而非针 needles-free注射器的性能。使用一种无需激光即可喷出高速聚焦液体喷jet的冲击喷jet系统，我们检查了喷jet穿透皮肤模拟材料的过程。与传统针 needles-free注射器不同，后者产生扩散液体喷jet，而冲击方法产生高度聚焦的喷jet，从而限制了注射面积，降低了侵入性。与激光产生的喷jet进行比较显示，即使喷jet尖端速度相似，冲击产生的喷jet仍实现更深的穿透深度。穿透深度随着从靶面的偏移距离D而保持不变，这归因于圆柱形喷jet根部区域的高且近乎均匀的速度，表明穿透由圆柱形喷jet结构所支配。此外，我们系统地变更了液体的粘度、喷jet的惯性以及皮肤模拟材料的弹性模量。为了解释圆柱形液体喷jet的穿透，我们提出了一种剪切变形模型，其中喷jet的动能通过对明胶的变形来耗散。该模型与实验结果良好吻合，为液体喷jet穿透提供了统一的物理基础。
引用
@article{arxiv.2602.17156,
title = {Penetration of impact-induced jets into skin-simulating materials},
author = {Kohei Yamagata and Yuto Yokoyama and Shoto Sekiguchi and Hiroya Watanabe and Prasad Sonar and Yoshiyuki Tagawa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.17156},
year = {2026}
}