In situ measurement of three-dimensional deformation and stress fields with applications to soft material fracture

三维变形和应力场的原位测量及其在软材料断裂中的应用

基本信息

  • 批准号:
    435841-2013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2013-01-01 至 2014-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Soft polymers and gels have emerged as an exciting class of materials due to their high deformability, bio-compatibility and responsiveness to various external stimuli. They are widely applied in areas including stretchable electronics, pressure sensitive adhesives, biomedical implants, and actuators with large shape change. A bottleneck for these applications is the ability of soft materials to resist fracture caused by the growth of small defects. There is a limited understanding on how soft materials break, largely due to the complex nonlinear mechanics and the lack of experimental tools to examine mechanical stresses near defects. The proposed research program aims to advance fundamental understandings on soft material fracture, and to identify guidelines for the engineering of tough polymers and gels with enhanced ability to resist fracture. This will greatly expand the scope of their applications, examples including tough gels for artificial cartilage and durable elastomers for soft robotics. To achieve this goal, we will develop a novel experimental method that can measure three-dimensional strain and stress fields in soft materials. This method will be combined with theoretical and computational analyses to map the detailed distribution of stresses near defects such as cracks or cavities and understand how the stresses cause defect growth and eventually lead to macroscopic fracture. Emphasis will also be placed on understanding the effect of nonlinear elasticity and material microstructure on defect growth. In addition to understanding soft material fracture, the experimental method to be developed in this proposal can potentially become a transformative tool for characterizing mechanics of soft materials. Two PhD students will be trained through the proposed research activities.
软聚合物和凝胶由于其高变形性、生物相容性和对各种外部刺激的响应性而成为令人兴奋的一类材料。它们广泛应用于可拉伸电子产品、压敏粘合剂、生物医学植入物和具有大形状变化的致动器等领域。这些应用的瓶颈是软材料抵抗由小缺陷生长引起的断裂的能力。由于软材料的非线性力学性质复杂,缺乏检测缺陷附近机械应力的实验工具,人们对软材料的断裂机理认识有限。拟议的研究计划旨在推进对软材料断裂的基本理解,并确定具有增强抗断裂能力的坚韧聚合物和凝胶工程的指导方针。这将极大地扩展其应用范围,例如用于人造软骨的坚韧凝胶和用于软机器人的耐用弹性体。为了实现这一目标,我们将开发一种新的实验方法,可以测量软材料中的三维应变和应力场。这种方法将与理论和计算分析相结合,以绘制裂纹或空腔等缺陷附近应力的详细分布,并了解应力如何导致缺陷生长并最终导致宏观断裂。重点也将放在理解非线性弹性和材料微观结构对缺陷生长的影响。除了了解软材料断裂,本提案中开发的实验方法可能成为表征软材料力学的变革工具。将通过拟议的研究活动培训两名博士生。

项目成果

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Long, Rong其他文献

Mapping deformation and dissipation during fracture of soft viscoelastic solid
绘制软粘弹性固体断裂过程中的变形和耗散
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    10.1007/s11671-010-9625-y
  • 发表时间:
    2010-05-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Long, Rong;Hui, Chung-Yuen;Cheng, Wenlong;Campolongo, Michael J.;Luo, Dan
  • 通讯作者:
    Luo, Dan
Creasing in microscale, soft static friction.
  • DOI:
    10.1038/s41467-023-38091-7
  • 发表时间:
    2023-04-24
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Glover, Justin D.;Yang, Xingwei;Long, Rong;Pham, Jonathan T.
  • 通讯作者:
    Pham, Jonathan T.

Long, Rong的其他文献

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    2014
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    $ 1.82万
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  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 1.82万
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知道了