Delayed buckling of spherical shells due to viscoelastic knockdown of the critical load
Delayed buckling of spherical shells due to viscoelastic knockdown of the critical load
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由于临界载荷的粘弹性降低导致球壳延迟屈曲
DOI：
10.1098/rspa.2021.0253
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Coupier, Gwennou
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Stein-Montalvo, Lucia;Holmes, Douglas P.;Coupier, Gwennou
我们对由普通有机硅弹性体制成的缺陷种子球壳进行了动态压力屈曲实验。与准静态实验不同，壳体在表面上亚临界压力下屈曲，即低于实验确定的弹性发生屈曲的临界载荷，通常在从施加载荷时起经过一段显着的延迟期。在强调与弹性壳屈曲的密切联系的同时，我们依靠粘弹性来解释我们的观察结果。特别是，我们证明了较低的临界载荷可以根据材料特性来确定，这可以通过与弹性球壳屈曲的简单类比来合理化。然后，我们引入一个以经验量为中心的模型，以表明粘弹性蠕变变形以与弹性壳中不断增长的缺陷相同的可预测、可量化的方式降低临界载荷。这使我们能够捕获不稳定时的偏转和时间延迟如何取决于所施加的压力、材料特性和缺陷几何形状。这些量在实验中很容易测量。因此，我们的工作不仅从弹性壳屈曲的角度提供了粘弹性行为的直觉，而且还提供了一种可访问的途径，将可调的、时间控制的驱动引入现有的机械驱动器，例如机械驱动器。气动夹具。
We performed dynamic pressure buckling experiments on defect-seeded spherical shells made of a common silicone elastomer. Unlike in quasi-static experiments, shells buckled at ostensibly subcritical pressures, i.e. below the experimentally determined critical load at which buckling occurs elastically, often following a significant delay period from the time of load application. While emphasizing the close connections to elastic shell buckling, we rely on viscoelasticity to explain our observations. In particular, we demonstrate that the lower critical load may be determined from the material properties, which is rationalized by a simple analogy to elastic spherical shell buckling. We then introduce a model centred on empirical quantities to show that viscoelastic creep deformation lowers the critical load in the same predictable, quantifiable way that a growing defect would in an elastic shell. This allows us to capture how both the deflection at instability and the time delay depend on the applied pressure, material properties and defect geometry. These quantities are straightforward to measure in experiments. Thus, our work not only provides intuition for viscoelastic behaviour from an elastic shell buckling perspective but also offers an accessible pathway to introduce tunable, time-controlled actuation to existing mechanical actuators, e.g. pneumatic grippers.
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