[發明專利]一種基于等效厚度體積模量對人舌進行變形表征的方法

在審

• 申請號: 202111482984.8
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN114279835A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 錢善華;劉智;丁宗如;王亮;倪自豐;俞經虎
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G16C60/00;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張碧珂

本發明公開了一種基于等效厚度體積模量對人舌進行變形表征的方法，本發明的方法根據天然舌的肌肉分布，將舌面區域劃分為五個部分，即分別劃分為舌尖、舌中部、舌右側、舌左側和舌根部；并且，根據測量裝置的可測范圍對人舌的上述不同測量區域進行劃分，其中，相同的測量區域舌肌結構分布較為接近；進一步，本發明對不同的測量區域采用不同的壓縮方法，以獲得用于該部位的表征數據。根據本發明的表征方法能夠對人舌的不同區域進行變形表征，從而能夠為口腔仿生軟材料的選用和表征提供依據。

本申請是專利申請公布號CN113075033A的分案申請；原申請CN113075033A的申請日為：2021年03月12日，申請號為：2021102691593，發明名稱為：基于等效厚度體積模量的軟材料變形表征方法及其應用。

技術領域

本發明涉及一種基于等效厚度體積模量對人舌進行變形表征的方法，屬于軟材料壓痕實驗及軟材料表征技術領域。

背景技術

彈性體軟材料是一種具有高彈性和低永久變形的高分子材料，被廣泛應用于工業生產以及日常生活中的各個領域，并且在仿生領域也有重要的應用。然而，軟材料在應用過程中會產生如下問題：一方面，材料老化等因素對彈性體軟材料的使用性能和使用壽命有重要影響；另一方面，市場上的軟材料也存在質量參差不齊的問題。為此，需要一種更高效的能夠反應軟材料本身變形屬性的表征方法來辨別這些材料的真實屬性。

目前，壓痕實驗被廣泛的應用于表征軟材料力學性能。在軟材料的壓縮試驗過程中，壓痕實驗所采用的壓頭模式包括錐形壓頭、球形壓頭和平底壓頭。但錐形壓頭和球形壓頭對材料軟組織的損失較大，因此，大部分壓痕實驗采用平底壓頭。然而對于軟材料來說，壓痕實驗中表現出的是三維方向的體積應變而不是一維方向的線應變，因此，常規的表征方法例如通過彈性模量的計算無法表征軟材料的屬性，而采用體積模量(IVM)來表征其力學性能更為客觀；并且，采用體積模量IVM表征也能夠更好地反應軟組織的材料屬性。然而，單純使用體積模量IVM對軟材料進行表征，由于材料厚度的不同，會導致體積模量的數值不同，從而無法準確表征軟材料的屬性。

進一步，對軟材料的屬性表征還涉及人體的部位，例如人舌的表征。人體部位軟材料的表征能夠為仿生材料的制備及表征提供依據，并且對于設計和生產仿生智能材料具有重要的指導意義。然而關于人體部位的軟材料目前并不存在有效的表征方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于等效厚度體積模量的軟材料變形表征方法，根據本發明的基于等效厚度體積模量IVMET的表征方法，能夠解決軟材料在壓縮條件下局部三維變形的表征問題。

根據本發明基于等效厚度體積模量IVMET的軟材料變形表征方法，根據軟材料的三維變形采用等效體積法建立了等效體積模型，更準確地計算軟材料的體積模量；并進一步基于等效厚度體積模量的計算，消除了材料厚度對材料體積模量的影響，能夠更準確地表征軟材料的屬性。

根據本發明的基于等效厚度體積模量IVMET的軟材料變形表征方法，采用MFT-5000摩擦磨損試驗機測試軟材料的壓縮力與壓縮位移變化曲線，從力-位移變化曲線上獲得力-位移數據，并計算出材料的壓縮應力；進一步，根據軟材料樣品的三維變形，采用等效體積法建立等效體積的計算模型；通過等效體積模型的建立，計算出更準確的壓縮應變；最后，根據壓縮應力和壓縮應變以及軟材料的厚度計算出等效厚度體積模量IVMET。

具體而言，根據本發明的基于等效厚度體積模量IVMET的軟材料變形表征方法包括如下步驟：

步驟a)，將軟材料樣品在MFT-5000摩擦磨損試驗機上利用平壓頭進行壓痕實驗，并獲得樣品的力-位移變化曲線，其中，該平壓頭為圓柱壓頭；

步驟b)，根據樣品的力-位移變化曲線上的力-位移值進行壓縮應力的計算，其中：

壓縮應力σ(t)等于施加的載荷F(t)除以垂直于樣品表面施加載荷的平壓頭的表面積S，其計算公式為：以及