基于开源有限元的水凝胶力学行为研究

发布时间：2024-01-30 00:21

　　本课题的内容主要围绕聚合物凝胶溶胀的非平衡态热力学理论模型展开,并针对凝胶在溶胀和退溶胀过程中模量随高分子体积分数变化的标度律加以修正,利用开源有限元平台结合上述理论研究了一些有趣的凝胶溶胀现象。对于化学凝胶溶胀的非平衡态热力学理论,回顾介绍了经典的化学凝胶溶胀理论,在此基础上推导出有限元建模的控制方程,并在开源平台FEniCS上实现了凝胶溶胀仿真程序。其次,本课题还将最近发表的水凝胶溶胀与退溶胀过程中的标度律扩展到描述复杂构型凝胶结构在力化学耦合作用下行为的连续介质场论,并进行了有限元实现。将开源有限元平台FEniCS应用于研究上述化学凝胶溶胀的非平衡态热力学理论,利用上述推导出有限元建模的控制方程建立相关的FEniCS化学凝胶溶胀模型,并在上述程序的基础上进行扩展应用:将标度律修正的水凝胶场论应用到化学凝胶溶胀FEniCS二维模型中,与经典Flory-Huggins理论以及COMSOL模型的结果进行比较;结合FEniCS建模研究水凝胶薄膜溶胀过程中的起皱现象;结合FEniCS建模研究不对称截面化学凝胶长条溶胀动力学行为。FEniCS非常适合处理多物理场耦合的有限元问题,相比商用软件...

【文章页数】：118 页

【学位级别】：硕士

图2-1力学性能增强的工程水凝胶：人们在改进水凝胶的机械性能以及使其剪切变薄、自愈和响应性方面取得了进展，还开发了技术来控制水凝胶的形状和结构[30]

图2-2水凝胶的交联方式[30]

图2-3水凝胶的分类(4)根据水凝胶聚合物网络的孔径大小分类

图2-4单体在引发剂和交联剂作用下形成聚合物网络[67]

本文编号：3889124