层状水凝胶瞬态溶胀过程中的屈曲萌生
软凝聚态物质
2019-10-18 v1 计算工程、金融与科学
摘要
在压缩应力作用下，具有刚度梯度的软聚合物可表现出多种屈曲模式。这些压缩应力可有不同来源，如机械力、温度变化，或对于水凝胶材料而言的渗透溶胀。本文重点研究渗透溶胀的瞬态特性对受限层状水凝胶结构中屈曲萌生的影响。概述了瞬态水凝胶溶胀的本构模型，并将其作为用户子程序在商用有限元软件 Abaqus 中实现。该有限元程序与平衡溶胀的线性扰动分析结果进行了基准对比，显示出极好的一致性。基于有限元结果，我们得出结论：双层水凝胶结构中的屈曲萌生受瞬态溶胀效应影响显著，表现为在较低的溶胀比下出现不稳定性，且随着扩散系数的降低，不稳定性出现的时间更晚。此外，对于硬层在软层上的系统，当基底与上层薄膜之间的刚度梯度相对较低时，发现屈曲模式的波长随着材料扩散率的降低而减小。这项研究强调了在涉及水凝胶不稳定性萌生时，平衡溶胀与瞬态溶胀之间的差异，这被认为既是溶胀的一个基本方面，也为特定水凝胶系统的设计提供了指导原则。
引用
@article{arxiv.1910.07347,
title = {Buckling initiation in layered hydrogels during transient swelling},
author = {Arne Ilseng and Victorien Prot and Bjørn T. Stokke and Bjørn H. Skallerud},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.07347},
year = {2019}
}