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Puncture mechanics of soft elastomeric membrane with large deformation by rigid cylindrical indenter

弹性体 材料科学 变形(气象学) 软质材料 复合材料 机械 经典力学 物理 纳米技术
作者
Junjie Liu,Zhe Chen,Xueya Liang,Xiaoqiang Huang,Guoyong Mao,Wei Hong,Honghui Yu,Shaoxing Qu
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier BV]
卷期号:112: 458-471 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2018.01.002
摘要

Abstract Soft elastomeric membrane structures are widely used and commonly found in engineering and biological applications. Puncture is one of the primary failure modes of soft elastomeric membrane at large deformation when indented by rigid objects. In order to investigate the puncture failure mechanism of soft elastomeric membrane with large deformation, we study the deformation and puncture failure of silicone rubber membrane that results from the continuous axisymmetric indentation by cylindrical steel indenters experimentally and analytically. In the experiment, effects of indenter size and the friction between the indenter and the membrane on the deformation and puncture failure of the membrane are investigated. In the analytical study, a model within the framework of nonlinear field theory is developed to describe the large local deformation around the punctured area, as well as to predict the puncture failure of the membrane. The deformed membrane is divided into three parts and the friction contact between the membrane and indenter is modeled by Coulomb friction law. The first invariant of the right Cauchy-Green deformation tensor I1 is adopted to predict the puncture failure of the membrane. The experimental and analytical results agree well. This work provides a guideline in designing reliable soft devices featured with membrane structures, which are present in a wide variety of applications.
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