Dynamic mechanical behavior of soft materials under end-bonded conditions

ZHOU Jialuan; ZHANG Yongrou; YIN Ziji; HU Lingling

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250049

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Dynamic mechanical behavior of soft materials under end-bonded conditions

Research articles | 更新时间：2025-11-14

- Dynamic mechanical behavior of soft materials under end-bonded conditions
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 64, Issue 5, Pages: 35-42(2025)
- 作者机构：
  
  中山大学航空航天学院，广东深圳 518107
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250049
  CLC： O32
- Received：10 March 2025，
  
  Accepted：31 March 2025，
  
  Published Online：09 June 2025，
  
  Published：25 September 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
周佳銮,张泳柔,尹梓霁等.端面粘接条件下的软材料动态力学行为[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(05):35-42.

ZHOU Jialuan,ZHANG Yongrou,YIN Ziji,et al.Dynamic mechanical behavior of soft materials under end-bonded conditions[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(05):35-42.
周佳銮,张泳柔,尹梓霁等.端面粘接条件下的软材料动态力学行为[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(05):35-42. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250049.

ZHOU Jialuan,ZHANG Yongrou,YIN Ziji,et al.Dynamic mechanical behavior of soft materials under end-bonded conditions[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(05):35-42. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250049.

摘要

工程材料在复杂应力条件下动态力学响应的实验表征非常重要。复合加载实验中，单轴压缩测试要求试件与加载界面间保持低摩擦状态以确保应力测量精度，而剪切/扭转加载则需要高强度界面约束以有效传递载荷。对于具有低弹性模量、高泊松比的软质材料（如硅胶、水凝胶），这种界面约束条件的不兼容性尤为突出，其引起的系统误差可能达到与材料本征力学响应相当的量级。基于分离式霍普金森压杆实验平台，研究了端面粘接约束条件对硅胶动态力学行为的影响。实验结果表明：在端面粘接条件下，试件的表观应力显著提高，且该增强效应随试件长径比增大而上升。为了有效消除端面粘接引入的测量偏差，对比了3种修正理论。分析发现，3种修正方法均能在一定应变范围内消除摩擦干扰引起的伪尺寸效应，表现出良好的修正效果。但在大直径试件的大应变阶段，可能由于接触界面出现材料堆积，导致摩擦条件发生显著变化，3种修正方法均出现了修正偏差。

Abstract

The experimental characterization of dynamic mechanical responses under complex stress states is crucial for engineering materials. In composite loading experiments， uniaxial compression testing requires minimal interfacial friction between the specimen and the loading surface to ensure the accuracy of stress measurement， while shear/torsion loading necessitates strong interfacial constraints to effectively transmit the load. For soft materials with low elastic modulus and high poisson's ratio （such as silicone rubber and hydrogels）， this incompatibility of interfacial constraint conditions is particularly prominent， and the resulting systematic errors can reach a magnitude comparable to the intrinsic mechanical response of the material. Based on the split Hopkinson pressure bar experimental platform， this paper investigates the influence of end-boned constraints on the dynamic mechanical behavior of silicone rubber. The experimental results showed that specimens under end-bonded conditions exhibit significantly enhanced apparent stress amplitudes， with this strengthening effect intensifying as the specimen's aspect ratio increases. To effectively eliminate the measurement deviation introduced by end-bonding， three correction theories were compared. The analysis found that all three correction methods could effectively eliminate the pseudo-size effect caused by friction interference within a certain strain range and showed good correction effects. However， during large-strain stages of specimens with greater diameters， correction deviations occur across all three linear friction correction models， likely attributable to material accumulation at contact interfaces inducing significant changes in frictional conditions.

关键词

Keywords

references

崔云霄，卢芳云，林玉亮，等， 2006 . 一种新的高应变率复合压剪实验技术［J］. 实验力学， 21 （ 5 ）： 584 - 590 .

卢芳云，陈荣，林玉亮，等， 2013 . 霍普金森杆实验技术［M］. 北京：科学出版社： 30- 32 .

卢玉斌，宋丹路，李庆明，等， 2012 . 分离式霍普金森压杆试验中工程材料端面摩擦模型的确定［J］. 振动与冲击， 31 （ 3 ）： 18 - 22 .

任清非，张泳柔，胡玲玲，等， 2024 . 基于超材料的动态压剪复合加载实验新技术［J］. 爆炸与冲击， 44 （ 10 ）： 3 - 20 .

陶俊林，陈裕泽，田常津，等， 2005 . SHPB系统圆柱形试件的惯性效应分析［J］. 固体力学学报， 26 （ 1 ）： 107 - 110 .

王晓燕，卢芳云，林玉亮， 2006 . SHPB实验中端面摩擦效应研究［J］. 爆炸与冲击， 26 （ 2 ）： 134 - 139 .

叶想平，南小龙，段志伟，等， 2022 . 样品粗糙度对材料SHPB动态压缩性能的影响［J］. 爆炸与冲击， 42 （ 1 ）： 53 - 59 .

张柱柱，毛海涛，周圣林，等， 2024 . 分离式霍普金森压杆试验中金属材料端面摩擦效应误差分析［J］. 机械工程材料， 48 （ 2 ）： 89 - 96 .

郑文，徐松林，蔡超，等， 2012 . 基于Hopkinson压杆的动态压剪复合加载实验研究［J］. 力学学报， 44 （ 1 ）： 124 - 131 .

DOMAN D A ， CRONIN D S ， SALISBURY C P ， 2006 . Characterization of polyurethane rubber at high deformation rates ［J］. Exp Mech ， 46 （ 3 ）： 367 - 376 .

GORHAM D A ， 1989 . Specimen inertia in high strain-rate compression ［J］. J Phys D Appl Phys ， 22 （ 12 ）： 1888 - 1893 .

GORHAM D A ， 1991 . The effect of specimen dimensions on high strain rate compression measurements of copper ［J］. J Phys D Appl Phys ， 24 （ 8 ）： 1489 - 1492 .

HARTLEY R S ， CLOETE T J ， NURICK G N ， 2007 . An experimental assessment of friction effects in the split Hopkinson pressure bar using the ring compression test ［J］. Int J Impact Eng ， 34 （ 10 ）： 1705 - 1728 .

HOU B ， ONO A ， ABDENNADHER S ， et al ， 2011 . Impact behavior of honeycombs under combined shear-compression. Part I： Experiments ［J］. Int J Solids Struct ， 48 （ 5 ）： 687 - 697 .

KOLSKY H ， 1949 . An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading ［J］. Proc Phys Soc B ， 62 （ 11 ）： 676 - 700 .

LU F ， LIN Y ， WANG X ， et al ， 2015 . A theoretical analysis about the influence of interfacial friction in SHPB tests ［J］. Int J Impact Eng ， 79 ： 95 - 101 .

NI P ， TANG L ， XU P ， et al ， 2025 . Correction method and verification of radial inertia and friction effects under a unified deformation framework in SHPB experiments on soft materials ［J］. Int J Impact Eng ， 195 ： 105129 .

REN Q ， ZHANG Y ， HU L ， et al ， 2024 . Achieving synchronous compression-shear loading on SHPB by utilizing mechanical metamaterial ［J］. Int J Impact Eng ， 186 ： 104888 .

SONG B ， CHEN W ， GE Y ， et al ， 2007 . Dynamic and quasi-static compressive response of porcine muscle ［J］. J Biomech ， 40 （ 13 ）： 2999 - 3005 .

XIE B ， XU P ， TANG L ， et al ， 2019 . Dynamic mechanical properties of polyvinyl alcohol hydrogels measured by double-striker electromagnetic driving SHPB system ［J］. Int J Appl Mech ， 11 （ 2 ）： 1950018 .

ZHANG Y R ， TANG L Q ， XIE B X ， et al ， 2017 . A variable mass meso-model for the mechanical and water-expelled behaviors of PVA hydrogel in compression ［J］. Int J Appl Mech ， 9 （ 3 ）： 1750044 .

ZHAO H ， GARY G ， KLEPACZKO J R ， 1997 . On the use of a viscoelastic split Hopkinson pressure bar ［J］. Int J Impact Eng ， 19 （ 4 ）： 319 - 330 .

Views

410

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

Postal code：510275
Tel：020-84112585，84113223 Email：xuebaozr@mail.sysu.edu.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 京ICP备09064830号-19 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰