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Keywords:

  • DIC ;
  • Hair;
  • Poisson's ratio;
  • True stress–strain

Synopsis

Many studies have presented stress–strain relationship of human hair, but most of them have been based on an engineering stress–strain curve, which is not a true representation of stress–strain behaviour. In this study, a more accurate ‘true’ stress–strain curve of human hair was determined by applying optical techniques to the images of the hair deformed under tension. This was achieved by applying digital image cross-correlation (DIC) to 10× magnified images of hair fibres taken under increasing tension to estimate the strain increments. True strain was calculated by summation of the strain increments according to the theoretical definition of ‘true’ strain. The variation in diameter with the increase in longitudinal elongation was also measured from the 40× magnified images to estimate the Poisson's ratio and true stress. By combining the true strain and the true stress, a true stress–strain curve could be determined, which demonstrated much higher stress values than the conventional engineering stress–strain curve at the same degree of deformation. Four regions were identified in the true stress–strain relationship and empirical constitutive equations were proposed for each region. Theoretical analysis on the necking condition using the constitutive equations provided the insight into the failure mechanism of human hair. This analysis indicated that local thinning caused by necking does not occur in the hair fibres, but, rather, relatively uniform deformation takes place until final failure (fracture) eventually occurs.

Résumé

De nombreuses études ont présenté des relations contrainte-déformation d'un cheveu humain, mais la plupart d'entre elles ont été fondées sur courbe contrainte-déformation artificielle qui n'est pas une vraie représentation du comportement contrainte-déformation. Dans cette étude, une mesure plus précise, une “vraie” courbe contrainte-déformation d'un cheveu humain a été déterminée en appliquant des techniques optiques aux images des cheveux déformés sous tension. Ceci fut obtenu en appliquant sur la corrélation croisée ​​ (DIC) des images numériques agrandies 10X des cheveux prises sous tension croissante pour estimer les incréments de déformation. La déformation vraie a été calculée par sommation des incréments de déformation en fonction de la définition théorique de la «vraie» tension. La variation de diamètre avec l'augmentation de l'allongement longitudinal est également mesurée à partir des images agrandies 40X, afin d'estimer le coefficient de Poisson et le stress vrai. En combinant la vraie tension et le stress vrai, une véritable courbe contrainte-déformation peut être déterminée, qui a montré les valeurs des contraintes beaucoup plus élevés que la courbe contrainte-déformation conventionnelle au même degré de déformation. Quatre régions ont été identifiées dans la vraie relation contrainte-déformation et des équations empiriques équations constitutives ont été proposées pour chaque région. L'analyse théorique de la condition de striction en utilisant les équations constitutives de la condition permet de mieux comprendre le mécanisme de rupture du cheveu humain.

Cette analyse a révélé qu'un amincissement local causé par striction ne se produit pas dans les fibres capillaires, mais, plutôt, une déformation relativement uniforme a lieu jusqu’à la finale défaillance (rupture).