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软韧性材料断裂黏附的耦合Mullins效应和黏附区模型的ABAQUS文件
包括弹性体和凝胶在内的软材料在生物系统和技术应用中无处不在。坚固的机械性能，如高韧性和坚韧的结合，是实现软材料潜力的关键。人们已经认识到，建筑的能量耗散成一个弹性网络一个重要的增韧机制．然而，它仍然具有挑战性定量预测了内在断裂能与力学耗散的协同效应在加工区由于高度非线性变形。我们最近发现，一个耦合的Mullins效应和内聚区模型可以准确地预测韧性水凝胶的断裂韧性和附着力。该耦合仿真模型可用有限元软件ABAQUS进行仿真。随着新的实验技术、材料制造技术和数值方法的发展，合理设计新型软韧材料，并通过模拟对设计材料进行定量预测，具有广阔的应用前景。为了进一步推进软韧性材料断裂和粘附的研究，我们共享了模拟韧性水凝胶断裂和90度剥离的ABAUQS输入文件。请将文件更改为“。inp”，下载后用ABAQUS运行模拟。
张，滕，林少廷，陆贤宇，赵宣和。预测软韧性材料的断裂能和裂纹尖端场。极限力学快报4(2015): 1-8。
Yuk, Hyunwoo, Zhang Teng, Lin Shaoting, German Alberto Parada, and Xuanhe Zhao。“水凝胶与各种非多孔表面的牢固结合。”自然材料15日,没有。2(2016): 190。
张，滕，陆贤宇，林少廷，German A. Parada，赵宣和。水凝胶的坚韧和可调附着力:实验和模型。力学学报33岁的没有。3(2017): 543-554。
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 gel_h20_ogden1_s080md100_k2000_v125.txt |
2.43 MB |
| gel_h20_ogden1_s080md100_k2000_v0625.txt |
2.43 MB |
| gel_peeling_2d_ogden2_s200d30_h32.txt |
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 用户guides.pdf |
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评论
Ogden-Roxburgh模型的实现
尊敬的Teng，非常感谢您分享您关于Mullins效应和内聚区模型耦合的ABAQUS文件。这些文件对初学者学习这个奇妙的主题和使用ABAQUS建模软材料非常有帮助。你和宣和为社会做出了巨大的贡献。
关于你的EML论文有一个小问题。你提到你实现了一个改进的Ogden-Roxburgh模型。你是怎么做到的?您直接使用ABAQUS提供的Mullins模型还是编写用户子例程?
谢谢,
Jinxiong
亲爱的jinxiong,
亲爱的jinxiong,
谢谢你对我们的工作感兴趣。修改后的Ogden-Roxburgh已经在ABAQUS中实现。原来的Ogden-Roxburgh是基于完全不可压缩的材料，修改后的方法是只对可压缩材料的偏差部分进行软化。您可以在ABAQUS手册中找到详细的描述
http://abaqusdoc.ucalgary.ca/v6.9/books/usb/default.htm?startat=pt05ch18..。
最好的
腾
造型锯齿状剥落图案
亲爱的Teng，另一个问题是关于水凝胶与刚性基材粘附的建模。软质材料从粘合的刚性基材上剥离可能呈现各种图案。沿水凝胶与基质的界面可能发生断裂，这就是界面断裂。然而，在某些情况下，软质材料本身可能发生断裂，剥落导致锯齿状断裂模式。你的模型能捕捉到这种骨折模式吗?
谢谢,
Jinxiong
嗨Jinxiong,
嗨Jinxiong,
你的问题很有趣，也很有挑战性。当前用于粘附的输入文件只能模拟界面失效。大块材料破坏(如断裂和空化)与界面破坏的共存是非常复杂的。对于这类问题，必须采用新的建模和仿真技术。相场可能是一种很有前途的方法，但我没有太多的经验。你提到的z - zag模式也需要一个完全的3D模拟，这可能导致一个非常大的模拟。
即使在界面故障中，也可以存在各种模式，并且可以通过回顾发现阿尼芒苏和乔杜里(Ghatak, Animangsu和Manoj K. Chaudhury。弹性薄膜中粘连诱导的不稳定模式。朗缪尔19日,没有。7 (2003): 2621-2631）.内聚区模型有望捕获此类不稳定性，但也可能需要非常大规模的模拟。
这些都是重要且具有挑战性的问题，绝对需要更多的研究。
最好的
腾
巨大的贡献
亲爱的邓,
谢谢你分享这些文件。这是对社区的巨大贡献。
最好的问候,
Ruobing
谢谢
亲爱的Ruobing,
谢谢你的美言。
最好的
腾
固有断裂能
Teng，谢谢你分享这些文件。我有一个关于固有断裂能的问题。您实验测得的T0=400J/m2，比普通水凝胶的T0要高得多。如何理解这一点?
很好的问题
嗨,李华,
谢谢你的好问题。400J/m2确实高于普通PAAm水凝胶。这也让我们感到困惑，我们认为这很可能与双网状水凝胶(如PAAm-alginate)在预损伤变形后的微观结构有关。
你可以从我们的EML纸上看到paam -海藻酸盐凝胶确实表现出一个平台，因为我们增加了预拉伸之前引入一个主要的裂缝进入样品。以高原为本征断裂能paam -海藻酸盐，并给出值400 j /米2为我们在图5中使用的凝胶．我们猜测，双网状水凝胶中破碎的脆性组分(海藻酸盐和/或海藻酸盐与PAAm之间的键合)可能仍然比小的海藻酸盐分子大。它们可以形成一些中尺度的刚性填充物来增强PAAm基质。所以，我们还是应该考虑预先损坏PAAm-海藻酸盐凝胶是一种软硬相的复合物，而不仅仅是PAAm网络的混合物藻朊酸盐分子。
这幅图肯定需要更多的实验和建模工作来验证，值得更深入的研究。此外，PAAm水凝胶似乎可以调整(例如，链长和交联剂)以具有更高的韧性，例如高于10 J/m2。但可以肯定的是，我们在论文中使用的PAAm水凝胶本身的韧性远低于400 J/m2。绍廷做了实验，他可能有更多的信息。
谢谢。
最好的
腾
独创的双网状凝胶
谢谢你的解释。虽然我不完全相信，但我想不出其他的理由。然而，龚的原始双网凝胶的韧性只有几百J/m2。
同意你的观点
嗨,李华,
我同意你的观点，这是不完全理解为什么韧性的预损坏PAAm-海藻酸盐凝胶可以高于PAAm凝胶。如果我们选择预损伤(接近失效点)的韧性作为防御，我们的模型捕获了由于马林斯效应而产生的韧性增强。这就是我们把它定义为内在韧性的原因。我认为可能还有其他机制有助于增强韧性，这需要多尺度建模和实验研究。
我喜欢读龚关于水凝胶的著作。根据制备工艺和材料组合的不同，双网状凝胶可能具有不同的微观结构。我们也许可以把一些设计好的材料和预损坏的材料联系起来paam -海藻酸盐凝胶，甚至直接观察到双网状水凝胶中硬相的详细分布。软韧材料的研究正处于快速发展的阶段，我希望我们能从微观和宏观上更好地理解这些难题。
最好的
腾
一些数字
亲爱的李华,
水凝胶的断裂韧性在很大程度上取决于很多因素。从简单的事情开始，比如交联密度，就像邵婷提到的。对于PAAm水凝胶，如果交联密度足够低，则通过纯剪切试验测得韧性大于400 J/m2。很有趣,对吧?我们经常在论文中提到PAAm凝胶是脆的或弱的，但实际上它的韧性一点也不差!即使是龚最初的DN凝胶，最初也只有几百J/m2。而在Zhang等人的疲劳论文中，断裂韧性也可以提高到数千J/m2。
因此，400 J/m2的固有韧性似乎很高，但并不令人惊讶，这取决于凝胶的制作方式。也许最终它们只是具有不同成分的凝胶，不一定有任何特殊的未知相互作用(但当然这也可能很重要)。
我认为一般软质材料的断裂仍然是一个值得探索的大课题。从纯科学的角度来看，水凝胶提供了一个平台，人们可以很容易地调整成分，并将它们与宏观力学行为联系起来。这在金属等坚硬材料的时代是很难想象的。
最好的
Ruobing
软质材料的断裂和疲劳
嗨Ruobing,
我非常喜欢阅读你们组的一组论文，特别是关于疲劳断裂的。结果表明，本征断裂能是与总韧性同等重要的参数，在实际应用中关系到材料的长期性能。
最好的
Shaoting
大点
嗨Ruobing,
你提出了很好的观点，并指出了更多的证据。谢谢!
另外，我完全同意你的观点，水凝胶可以成为一个很好的实验和理论上探索新材料设计的平台，促进我们对微观结构和宏观力学行为之间关系的理解。
最好的
腾
有趣的观点
有趣的点。谢谢,Ruobing !
关于内在断裂断裂能
亲爱的李华,
谢谢你提出这个问题。除了滕的解释，我还想补充几点。
1.当网络具有高拉伸性时，其固有断裂能可达100J/m^2数量级。在聚合物浓度为15wt %、交联剂浓度为0.01 wt%的情况下，测定了PAAm的单网断裂能。测得断裂能为180J/m^2。
2.正如滕所提到的，PAAm-海藻酸盐体系不仅仅是PAAm网络与海藻酸盐分子的混合物。海藻酸盐与PAAm之间的相互作用可能会对单个PAAm网络进行额外的强化。最近，Suo教授小组提出通过疲劳试验来确定阈值，该阈值与固有断裂能相对应。张文磊，等。“双网状水凝胶的疲劳。”工程断裂力学(2017)测量了PAMPS/PAAM双网络(两个互穿共价网络)的疲劳临界断裂能。测定了交联剂密度低的PAAm体系的阈值为400J/m^2，交联剂密度高的PAAm体系的阈值为200J/m^2。该数值也大于单个网络的固有断裂能，这可能是由于两个网络之间的相互作用。
3.托马斯湖图给出了聚合物链网断裂能的定量预测。酒井法子(Akagi, Yuki，等。具有可控网络结构的聚合物凝胶的断裂能。化学物理杂志139.14(2013): 144905。)测量了理想网络的断裂能，表明本征断裂能的定量计算存在~3的完美系数。
事实上，如何定量计算和测量水凝胶的内在裂缝网络还需要努力阐明。
最好的
Shaoting
这很有说服力
谢谢,Shaoting。这是有说服力的。