As typical smart materials and structures, shape memory polymer materials and structures finds a wide application in energy and power, flexible electrons, self-healing and biomedicine and etc. The 3D printing technology based shape memory polymer materials and structures design and manufacturing widens a better potential engineering application for shape memory polymers. However, the intrinsic flaw of photopolymerization adopted in 3D printing technology limits the application of printed shape memory polymers. This project aims to (1)establish the chemo-thermomechanical photopolymerization model under coupled environmental conditions, accurately simulate the layer by layer printing process in 3D printing technology, to get a deep understanding of effects of printing conditions, oxygen conditions and temperature on the mechanical properties of printed shape memory polymers material and structures ; (2)research the shape memory property of the printed shape memory polymer material and structure by the photopolymerization cured based 3D printing technology, and unravel the effects of printing factors and printing conditions on the memory properties of the printed materials; (3)develop the matching relations between structure, component and property of printed materials, optically design structural configuration of shape memory polymer structure by topological optimization method basing on multilevel coupling method. The fulfillments of this project is supposed to provide a theoretical foundation for photo-cured 3D printing technology, and put forward a more deep and wide engineering application of shape memory polymer materials and structures.
形状记忆聚合物材料和结构作为典型的智能材料和结构,在能源动力、柔性电子、自愈合材料和生物医疗等领域有广泛的应用。基于3D打印技术形状记忆材料和结构的设计,有力的推动了形状记忆聚合物及其结构的研究和应用拓展。但3D聚合物打印由于其光固化工艺特性,使得成型材料具有某些特定缺陷,限制其更广泛的工程应用。本项目拟(1)建立多场耦合作用下热-力-化光聚合模型,精确模拟逐层3D打印过程,探索3D打印工艺参数、氧和湿温环境对打印成型形状记忆材料和结构的热力学性能影响;(2)研究光固化3D打印成型形状记忆材料和结构的形状记忆特性,揭示打印工艺参数和打印环境对成型材料和结构的形状记忆特性的影响;(3)发展构型结构-组件功能-成形性能的映射匹配、基于多水平集耦合法的整体构型拓扑优化算法等技术进行形状记忆材料和结构的优化设计。该项目成果期望为光聚合3D打印技术提供理论参考,并推动形状记忆材料和结构的更广泛深入的工程应用。
形状记忆聚合物材料和结构作为典型的智能材料和结构,在能源动力、柔性电子、自愈合材料和生物医疗等领域有广泛的应用。本项目基于发展热力化耦合作用下聚合物基复合材料的形状记忆本构模型,以及结合3D打印技术形状记忆材料和结构的设计,有力的推动了形状记忆聚合物及其结构的研究和应用拓展。基于该项目资助,主要开展了以下几方面的工作:(1)化学(水/酶)降解形状记忆聚合物热力耦合本构关系开发,包括基于水化作用的链反应动力学模型以及力化作用下的热力学特性、酶驱动解晶模型以及酶促形状记忆本构模型;(2)热磁/热电耦合形状记忆本构关系开发与数值模拟,包括热力电和热力磁耦合驱动下微纳米夹杂复合材料的智能驱动模型与微观材料模型;(3)热力化耦合场作用下的考虑微观界面特性的热力化耦合本构与数值模拟,包括考虑微观界面力学间断与化学间断的本构模型与有限元仿真模型开发;(4)基于相场模型的复合材料微观裂纹扩展本构模型与数值仿真;(5)化学扩散跨尺度数值模型与有限元求解。基于以上研究已发表和接收5篇SCI论文,投稿在审2篇SCI论文,整理撰写3篇SIC论文。该项目成果对热力化耦合环境下聚合物复合材料的工程应用提供理论基础与工程应用参考,为智能形状记忆聚合物材料的工程应用提供基础。
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数据更新时间:2023-05-31
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