王宝珍,胡时胜

（中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥 230026）

1 引 言

外部载荷的冲击如汽车碰撞、坠落等常给人体软组织带来极大的危害,甚至导致生命危险。目前,有不少关于软组织类生物材料低应变率下力学性能的研究[1-4],而关于生物软组织在高应变率下的动态力学性能的研究却很少。J.McElhaney[5]采用压缩空气驱动的冲击装置（类似高压气体推进的落锤装置）得到了牛肉在应变率高达1 000 s-1时的应力应变曲线。但这种直接撞击装置不能保证试样均匀受力和变形状态,因而得到的结果并不可靠。

分离式Hopkinson压杆（SHPB）技术[6]被广泛应用于材料动态力学性能测试,可得到完整的应力应变曲线。但常规的SHPB技术存在透射信号弱、试样在加载时间内应力和应变很难达到均匀等不足。为解决这些问题,近年来有了许多新的改进方法,如采用低阻抗透射杆[7-8]、高灵敏度传感器[9]、合理的波形整形技术[10]等。尽管软材料SHPB实验技术有了一定的发展,但是推广到生物软组织中的研究还比较少。C.Van Sligtenhorst等[11]为了获得高信噪比的透射信号,采用高聚物Hopkinson压杆对牛肉进行了动态力学性能实验,但高聚物杆的力学性能易受环境的影响,且需进行弥散修正,比较复杂。宋博等[12]对猪肉也进行了SHPB实验,发现对于超软材料,径向惯性效应带来的影响不可忽略,提出了用环形试样替代传统的圆柱形试样[13]减小惯性效应的方法。但是当试样尺寸较小时,制作环形试样比较困难,对试样整体性也会有一定的损害。……