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指向矢及其转动对液晶高弹体小孔应力与应变集中行为的影响

液晶高弹体 应力集中 应变集中 力-指向矢耦合

摘要：液晶高弹体是将含有液晶基元的分子（团）聚合成的高分子聚合物，它兼具橡胶弹性和液晶的物理特性，是一种富有潜力的智能软材料。液晶基元的平均取向称为指向矢。液晶高弹体的力学行为复杂而丰富，表现出力-指向矢耦合的特性。实验表明，指向矢方向会显著地影响液晶高弹体的韧性，其应力集中处有明显的指向矢转动。系统性的机理分析还有待完善。由于非线性弹性，高弹体小孔应力和应变集中行为往往差别较大，也需要考虑。因此，本文将同时研究液晶高弹体的应力和应变集中行为，分析指向矢转动与应力应变集中行为之间的联系。作为软物质的一种，研究液晶高弹体的应力集中也能为其他软物质的研究提供重要的参考。

本课题组已经建立起了液晶高弹体大变形、粘弹性力学模型。基于该模型，我们模拟和分析了含有圆孔和椭圆孔的液晶高弹体薄膜在远端单轴位移加载下的力学行为，计算了应力和应变集中系数，找到了应力和应变集中位点，讨论了椭圆比和材料参数对应力和应变集中行为的影响。结果表明液晶高弹体的小孔应力和应变集中行为与传统高弹体有很大差别。沿初始指向矢拉伸时，液晶高弹体的应力与应变集中程度高于传统高弹体，其应力集中位点与传统高弹体相同，但应变集中位点却会对称地位于应力集中位点两侧，且会随加载增大而移动。我们引入自发应变，建立起指向矢转动与应力和应变集中行为之间的联系。