吸湿响应材料流变行为的统一模型

吸湿响应材料表现出复杂的结构—性能关系。在不同湿度和机械载荷下，水在这些材料内部的相互作用对其宏观变形和最终应用起着关键作用。尽管文献中有多种模型，许多仍缺乏对这类现象全面的物理理解。本研究中，我们引入一种新颖的粘滑纤维束模型，捕捉吸湿响应材料的基本行为。我们将依赖于湿度的元素，以及控制滑移应变 initiation 与松弛和失效的规则，纳入纤维束模型所提供的统计方法中。这些附加特征基于对纤维素材料结构—性能关系的充分解释。滑移应变由载荷和湿度的变化以及蠕变变形触发。当承受湿度循环时，模型累积滑移应变，产生机械吸附行为。当载荷移除后，滑移应变部分松弛，随后的湿度循环引发进一步松弛，这与对机械吸附材料的观测一致。重要的是，这些滑移应变不被视为塑性应变；相反，它们是统一的、非线性的冻结应变，由多种刺激激活。纤维的失效由临界滑移事件数定义，从而允许从完好、经损伤到失效状态的集成模拟。我们研究了在相关参数范围内，湿度和机械加载历史变化时这些状态之间的转变。我们增强的粘滑纤维束模型增进了对吸湿响应材料复杂行为的理解，并有助于建立更稳健的框架来分析和解释其性能。