冲击载荷下脂肪层的压缩性能

目的 对脂肪的动态压缩性能开展研究,进一步揭示损伤机制,为医疗救治提供参考。方法 基于改进的霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)实验装置,对猪脂肪进行动态压缩实验,测量脂肪组织在不同应变率下的应力-应变曲线;对脂肪组织SHPB实验过程进行仿真分析;开展直径32 mm橡胶非致命弹侵彻人体腹部模拟靶标过程的数值模拟。结果 脂肪组织具有明显的应变率效应,两组高应变率下的应力-应变曲线近似为直线且斜率相近,弹性模量为3.25 MPa,约为准静态时的6倍;脂肪SHPB仿真曲线和实验曲线基本吻合,验证了所采用本构模型的正确性;非致命弹侵彻人体腹部过程中,皮肤表面出现了类似“水波”的环形凸起区域,脂肪层吸收了约67%的冲击动能。结论 脂肪组织的实验数据较为准确。数值模拟可以很好再现侵彻过程,为非致命武器对人体损伤效应的研究提供参考。     

弹道明胶力学性能测试

目的研究弹道明胶力学性能,进而建立动态本构模型,为采用数值计算方法开展创伤弹道学相关研究奠定基础。方法首先制备出10℃下20%弹道明胶试件,随后采用万能材料试验机和铝制霍普金森杆测试弹道明胶的准静态和动态压缩力学性能。结果获得10℃下20%弹道明胶准静态和动态压缩应力-应变曲线;当应变为0.45时,7组应变率(10~(-3)、10~(-2)、10~(-1)、5 800、7 900、10 400、13 000 s~(-1))下的真实应力分别为0.041、0.083、0.194、14.515、31.496、55.597、96.678 MPa。当应变率为13 000 s~(-1)、应变从0.4增加到0.5时,应力从53.558 MPa迅速上升到164.417 MPa,增大了3.07倍。结论弹道明胶在低应变率和高应变率范围内都有着明显的应变率效应;基于试验数据,建立形如σ=k_ε~(·m)ε_n的含应变率本构模型,并给出20%弹道明胶的材料常数。