海龟背甲多层结构的能量耗散机理研究

作     者：安兵兵 张东升 

作者机构：上海大学力学与工程科学学院上海200444 

基　　金：国家自然科学基金项目 12072187 

出 版 物：《医用生物力学》 (Journal of Medical Biomechanics)

年 卷 期：2024年第39卷第S01期

页      码：199-199页

摘      要：目的研究海龟背甲的多层结构引起的塑性能量耗散和损伤能量耗散机理。方法考虑海龟背甲的多层结构、角质层和胶原蛋白质层的塑性变形、角质层和胶原蛋白质层间界面脱黏、胶原蛋白质层和骨骼层间界面脱黏以及骨骼层的脆性断裂,建立海龟背甲的断裂力学模型,开展背甲在冲击载荷作用下的破坏力学行为的数值模拟。结果背甲的角质层和胶原蛋白质层的塑性变形与界面脱黏相互促进。在低冲击速度下,界面脱黏引起的损伤能量耗散与角质层和胶原蛋白质层的塑性耗散相等;两种耗散机理产生了相同的增韧效果。在高冲击速度下,角质层和胶原蛋白质层的塑性耗散大于界面脱黏的损伤能量耗散,表明塑性变形是背甲主要的增韧机理。另外,冲击速度会影响塑性耗散的程度;随着冲击速度的增加,塑性耗散呈现出先减小后增大的趋势。这一趋势与角质层和胶原蛋白质层的塑性变形模式有关。随着冲击速度的增加,两层中的塑性变形区逐渐减小且塑性应变值增大,表现出塑性应变局部化。冲击速度的进一步增大导致两层中塑性变形扩展,抑制了塑性应变局部化。结论本文揭示的海龟背甲多层结构中塑性耗散和界面脱黏引起的损伤能量耗散相互作用机理为设计高韧性、抗冲击的工程防护材料提供了理论依据。

主 题 词：胶原蛋白质 冲击速度 能量耗散 应变局部化 相互作用机理 界面脱黏 塑性变形区 多层结构 

学科分类：08[工学] 09[农学] 0901[农学-植物生产类] 0836[0836] 090102[090102] 

核心收录：

馆 藏 号：203143370...