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凝胶中同时大变形和质量传递瞬态分析的有限元方法

江汉清的照片
星期三，2008-09-24 20:23 -Hanqing江
研究
索氏集团研究
江组研究

凝胶是聚合物和溶剂分子的集合体。聚合物通过强大的化学键交联成三维网络，并使凝胶在大变形后保持其形状。然而，溶剂分子之间通过弱的物理键与网络相互作用，并使凝胶成为质量传输的管道。采用有限元方法研究了大变形和质量输运的随时间并行过程。

我们将大变形的运动学、溶剂分子的守恒、局部平衡条件和迁移动力学结合起来，同时演化出两个场:网络的位移和溶剂的化学势。通过对膨胀、排水和屈曲等现象的分析，验证了有限元法的有效性。这项工作为研究具有时空复杂性的凝胶中的各种现象搭建了一个平台。

修订:ABAQUS UEL Fortran源代码附带有限的注释。如有问题/意见/讨论请与我联系。

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纯文本图标GelUEL.for_.txt 45.16 KB
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评论

黄睿的照片

提交的鲁伊·黄星期三，2008-09-24 23:51。

嗨Hanqing

感谢张贴你非常有趣的工作!你能详细介绍一下你在ABAQUS中使用的User-Element子程序吗?我记得，在魏红等人早期的工作中，他们使用了UHYPE(用户自定义超弹性材料)子程序来分析水凝胶的平衡变形。本文中的数值例子表明，对于瞬态分析必须做一些不同的事情。

最好的

RH

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提交的Hanqing江星期四，2008-09-25 01:00。

亲爱的瑞:

对于ABAQUS UEL，我们遵循标准程序来制定单元刚度矩阵，从形状函数、积分方案、材料矩阵到应力。实际上，如果使用UEL，稳态问题和瞬态问题并没有太大的区别。两者的主要区别在于，化学势在瞬态分析中是一个场变量，而在稳态分析中是一个常数(或均匀参数)。对于手稿中的例子，是的，我们确实需要使用一些“技巧”，比如刚度矩阵的修改。

谢谢。

Hanqing

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提交的Hanqing江星期四，2008-09-25 11:44。

亲爱的瑞:

我刚刚发布了Fortran源代码。

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提交的Chunguang夏星期四，2008-10-09 14:21。

嗨Hanqing,

我是UIUC的夏春光。你好吗？谢谢分享你的好工作。在您的论文中，您将Sou教授的理论应用于干样，但是他的论文中的不可压缩条件1+aC=det(F)并不适用于干样。由于干燥地区存在变形，但浓度C=0。您的模拟示例中的现象也可以由大多数其他人预测。为了检验suo教授的理论，我认为另一个非常重要的方面是时间尺度，他的理论是否比其他人(Li-Tanaka,Wang-Li-Hu,Tatsuya-Doi等)更准确地预测膨胀时间尺度?

谢谢

Chunguang

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提交的Hanqing江星期一，2008-10-09 18:11。

亲爱的Chunguang:

谢谢。首先，与双相理论或固/流耦合理论不同，所教授的理论没有“干燥面积”。变形梯度F为混合物(即凝胶)。如果以无溶剂分子且C =0的干凝胶为参考构型，det(F)为零。另外，我感谢你指出我们的时间尺度问题。所教授提出的框架不依赖于材料模型，即自由能函数和迁移率张量。为了更准确地预测时间尺度，需要更精确的材料模型。

PS.顺便说一下，我下周二会在UIUC。也许我们可以见面

谢谢。

Hanqing

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提交的Chunguang夏星期一，2008-10-09 22:51。

你好，Hanqing，我不擅长热力学，谢谢你和wei帮我解决了困惑。下周二我都有空。让我知道你的计划。

谢谢

Chunguang

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提交的魏宏星期四，2008-10-09 20:48。

嗨Chunguang,
有两件事我可能需要再多评论一下:

  1. 我们的理论一开始不需要1+aC=det(F)这个条件只是基于材料的不可压缩性的简化。对于不可压缩材料，即使是干燥的，也应满足C=0, det(F)=0。因此，将该理论应用于干网络是完全没有问题的。
  2. 在目前对水凝胶的研究阶段，我认为没有任何理论可以“预测”凝胶的行为。它或多或少是一种曲线拟合或从观测中提取物质常数。在我们最近的论文中提出的理论与其说是一个材料模型，不如说是一个理论框架。没有实验输入，它无法预测任何事情。在材料模型方面，本文仅以静态行为采用Flory-Huggins理论，时间相关行为采用线性动力学定律为例。如果拟合单一曲线被视为预测，那么所有现有的理论都可以同样“预测”。

希望这些评论能解决你的问题。魏

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提交的Chunguang夏星期一，2008-10-09 22:52。

你好，Wei，我非常同意你对目前关于水凝胶的理论。我正在拼命寻找一个能解释我们实验的场理论。这就是为什么我对你和韩青的工作感到兴奋。我很高兴看到你的理论是否可以解释和预测我的实验。

谢谢

chunguang

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提交的魏宏星期五，2008-10-10 09:57。

嗨Chunguang,

我下周也会去香槟。让我们三个找个时间见面。

星期二午饭时间或晚上对我都好。

魏

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提交的Chunguang夏星期三，2008-10-15 00:37。

你好，wei，很抱歉我没有跟进这篇文章。太晚了，看不清帖子了。

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华丽的照片

提交的花梨星期一，2008-10-13 08:05。

很高兴再次见到你。感谢志刚的邮件让我知道最新的产出。这真的是一份令人兴奋的工作，也让我有了新的认识
成。我还在表面上，会向你学习。

1问:
你说过“溶剂分子之间会相互作用
并与网状物通过弱的物理键合，使凝胶成为一种导管
(见摘要)，以及“质量运输的要素”
不同位置的凝胶可能彼此不平衡，这
不平衡促使溶剂迁移”(见第6页)。作为
我没有明白你的意思，什么是质量的驱动源
运输吗?能否提供更详细的信息?

2
小建议:(1)你用“Nk(X)”表示
单位向量法向元素的面积，和“Na(X)”的形状
函数，由于符号非常相似，可能会使一些读者感到困惑。(2)
添加参数值的引用可能会好得多
(第10页)作为输入数据，然后我们可以跟进。

谢谢你的努力。

华

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江汉清的照片

提交的Hanqing江星期三，2008-10-15 00:23。

对于你的问题1，质量传递的驱动力是化学势的梯度。同时，化学势也取决于机械变形。因此，对于同时变形和质量移动，如手稿中所述，“
不均衡，显然，力学场和化学势的不平衡驱动了质量输运。

我们会在修改稿件的时候对你的问题2进行明确。谢谢。

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提交的suman.subhajit星期日，2009-06-14 16:45。

我想用ABAQUS软件对一个碾压混凝土梁进行建模。请帮助我....

subhajit mondal

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