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3D打印水凝胶纤维复合材料的各向异性溶胀实验分析

更新时间: 2021-08-04 17:33:34  查看次数: 58    

试件A被施加沿着纵向方向的单轴拉伸时,变形状态可以用纵向拉伸率和两个横向拉伸率表示。公式确定了一个给定的纵向拉伸对应一个纵向应力,并且名义应力1s可以能通过公式求得。因此我们可以根据名义应力和拉伸率来拟合参数和。为了获得更具说服力的拟合参数,我们首先利用单轴拉伸铸模得到的试件来拟合参数G,因为铸模得到的试件可以默认纤维是均分分布的、是各向同性的,也就是k=1/3。然后我们通过实验拟合得到G=48000Pa,于是墨水直写打印的试件只剩下唯一一个需要确定的参数k。对于用260 μm直径的喷嘴打印的水凝胶试件,我们得到的分散系数k=0.05。



纵向打印、横向打印、铸模试件的典型单轴拉伸应力-应变曲线。虚线是理论拟合线。纵向打印(左)和横向打印(右)拉伸试样的打印路径如图所示。(b)不同直径喷嘴纵向打印试样和铸模试件的单轴拉伸应力-应变曲线。(c)理论预测不同直径喷嘴挤出的水凝胶中纤维的分布。(d)纤维在各向同性(铸模)和单向(不同直径喷嘴挤出)排布下的成像(纤维染为红色)。

对于试样B,它的打印路径与试样的横向方向一致,当在试件的纵向方向施加单轴拉伸k时,试件的变形状态由纵向的伸长率2k=k和两个还不能确定的w。通过横向的应力相等确定,也就是1 3k=k。因为材料的不可压缩,公式就能根据给定的纵向伸长率确定两个横向伸长率。根据公式和求得的各个方向的伸长率,我们也能得到打印试件的纵向应力与应变之间的关系。但是在这里,我们并没有使用试件B来拟合参数,而是通过单轴拉伸试件A来拟合参数,并通过拟合得到的参数来描述试件B的单轴拉伸状态,可以看出预测的试件B的单轴拉伸曲线跟实验曲线吻合的比较好。当然,关于试件A和试件B的两条拉伸曲线会重合。