記憶聚合物
關注創建者：你吃派嗎 創建時間：2019-03-05
記憶聚合物的視頻教程
Abaqus材料模型-形狀記憶合金彈性本構
一、視頻內容介紹 二、形狀記憶合金彈性本構理論 三、ABAQUS中形狀記憶合金彈性本構參數標定方法 四、形狀記憶合金仿真案例
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記憶聚合物的實例教程
形狀記憶聚合物是一種在外界刺激條件下產生形狀變化的智能材料，4D打印是基于可變形材料和3D打印技術的一種綜合性技術，可變形材料中形狀記憶聚合物的應用最為廣泛，目前4D打印形狀記憶聚合物在各個領域都有應用，如生物醫療、航空航天、電子器件等領域，其智能化和可定制化的特點在生物醫療領域具有巨大的應用價值。4D打印技術突破了傳統醫學領域個性化訂制的技術瓶頸，為生物醫療領域的進一步發展提供了新的契機近年來，受到了國內外學者的廣泛研究和關注。
哈爾濱工業大學冷勁松教授研究團隊對4D打印形狀記憶聚合物在生物醫療領域的國內外研究進展進行全面而系統的綜述。他們首先對形狀記憶聚合物材料的響應機理及形變激勵條件（如溫度、濕度、電場、磁場、pH等）進行了解析，也對4D打印原理進行了闡述，同時詳細介紹了4D打印形狀記憶聚合物在生物醫療領域的實例和應用價值，包括血管支架（圖4）、氣管支架、細胞支架、骨支架、心臟支架、乳房支架、仿生肌肉等。該團隊還總結了4D打印形狀記憶聚合物在生物醫療領域的應用前景（圖3）、最后，該團隊對目前4D打印形狀記憶聚合物在生物醫療領域存在的問題進行了探討，并對其未來發展方向進行了展望。
圖4 4D打印形狀記憶血管支架在外加磁場的作用下發生形變的示意圖[34]
圖3 4D打印形狀記憶聚合物在生物醫療領域的應用及潛在應用
相關文章發表于《中國科學：技術科學》雜志，相信這篇綜述對相關領域的研究者具有重要的參考價值。
全文連接：
http://engine.scichina.com/doi/10.1360/N092018-00153
來源：高分子科學前沿
展開 形狀記憶聚合物作為一種新興的智能材料能夠記憶暫時形狀，并在外界激勵條件下主動回復到初始形狀。基于靜電紡絲技術，將形狀記憶聚合物及其復合材料制備成纖維結構，實現熱、電、光、PH、水、磁及電效應等激勵變形過程，在生物醫療、智能紡織、傳感、驅動等方面應用廣泛。近年來，受到了國內外學者的廣泛研究和關注。
哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊就近10年形狀記憶聚合物微納米纖維膜的制備技術、結構形貌、驅動方法及其生物醫學應用進行了系統論述。文章總結了由靜電紡絲技術制備的形狀記憶聚合物微納米纖維膜的多種結構，包括無紡、核殼、中空、取向纖維等結構（Fig3）及其不同的驅動方式，包括熱驅動、磁驅動、水驅動等驅動方法。隨后，文章對形狀記憶聚合物微納米纖維膜在骨組織支架、骨組織修復、神經支架（Fig10）及細胞培養等方面的應用進行了系統總結。最后，該團隊對目前形狀記憶聚合物材料其他結構在血管直接、氣管支架、骨修復藥物及細胞載體、動脈瘤、血栓和心臟貼片等醫學領域中的應用進行了概括，并對形狀記憶聚合物微納米纖維膜未來的發展方向進行了展望。
圖文速遞
圖3 不同結構的纖維無紡結構（a）[30]；核殼結構（b）[33]；中空結構（c）[34]和取向纖維（d）[37]
圖10 在第9天，在（A）P5，（B）P5C0.5，（C）P5C1和（D）P5C2納米纖維上培養PC12細胞表達的NF200[45]
形狀記憶聚合物微納米纖維膜在生物醫學中的應用進展相應文章發表于《中國科學：技術科學》雜志上，相信這篇綜述對相關領域的研究者具有重要的參考價值。
全文連接：
https://doi.org/10.1360/N092018-00126
來源：高分子科學前沿
展開 在所有4D打印材料中，形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymers-SMPs）因具備更高的剛度，更快的響應速率，而被認為是最有應用前景的4D打印材料之一。然而，大多數基于SMP的4D打印材料都是通過(甲基)丙烯酸酯類樹脂形成的永久共價交聯熱固性網絡，一旦發生任何損壞則不能修復。
為了解決這一問題，新加坡科技設計大學(Singapore University of Technology and Design-SUTD)葛锜助理教授科研團隊最近開發了一種適用于高精度3D打印技術的雙網絡自修復形狀記憶聚合物(Self-healing SMP-SH-SMP)體系以實現自修復4D打印。在SH-SMP溶液中，形成SMP網絡的光敏甲基丙烯酸酯與高精度數字光處理 (Digital Light Processing - DLP) 3D打印技術具有良好的兼容性，從而可以實現高精度(最高可達30微米) 復雜結構的4D打印 (圖1a)； 而滲透在SMP網絡中的半結晶線性聚合物 - 聚己內酯（Polycaprolactone - PCL）則賦予4D打印結構自修復能力 (圖1b)。實驗表明，當PCL在SH-SMP體系中的含量高于20%時，受損結構的力學性能可以恢復到90％以上。此外，PCL含量也極大的影響了SH-SMP溶液的黏度。為了研究SH-SMP溶液粘度對DLP 3D打印過程的影響，該團隊還同新加坡科技研究局(A*Star) 高性能計算研究院（Institute of High Performance Computing - IHPC）合作，通過計算流體動力學（CFD）模擬求得DLP 3D打印所能接受的最高溶液粘度，用以指導SH-SMP溶液的配制。
圖1. 雙網絡自修復4D打印形狀記憶聚合物。
展開 形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer，SMP)是一類擁有寬廣應用前景的新型智能材料，具有質量較小、變形量大等優點，在航空航天、紡織行業以及生物醫學等領域應用十分廣泛，目前正受到人們的密切關注。
為了研究形狀記憶聚合物相關結構的形狀記憶過程，以往常常需要使用Fortran語言去編寫復雜繁瑣UMAT(用戶材料子程序)，現在本人采用了一種適合對SMP復雜結構進行有限元模擬的方法，該方法不需要寫umat子程序，分別利用有限元仿真軟件ABAQUS中內置的廣義Maxwell模型和Neo-Hookean模型來描述材料的粘彈性行為和超彈性行為。然后針對SMP的板結構，通過ABAQUS軟件對它們的形狀記憶過程進行了有限元模擬分析，得到了應力-應變-溫度三者間的關系。模擬結果表明：本文介紹的這種新方法能夠準確地模擬SMP的形狀記憶過程。
一、SMP熱粘彈性本構模型
根據Tobushi等人的研究，得到了用應力率表示應變率的微分形式的SMP力學一維本構方程：
二、SMP板結構的有限元模擬
1、有限元模型建立
在ABAQUS中建立SMP平面板模型如圖1所示，尺寸為100mm×40mm，選擇Shell進行建模，指定厚度為5mm。網格劃分一共有160個單元，從計算效率考慮，每一個單元尺寸設置為2mm，采用S4R殼單元，即為四節點減縮積分殼單元，計算方式采用Full-Newton求解法。
圖1 有限元模型
在相互作用模塊，需要將板的兩個短邊分別耦合到兩個控制點，控制點與邊之間設置MPC-beam耦合，圖1中的RP-1和RP-2分別為兩邊的控制點。材料屬性設置用到了SMP本構模型。
展開 以傳統形狀記憶聚合物為例，首先它需要特定的外界刺激來觸發變形，比如最常見的熱刺激；其次它的變形只遵循單一的回復路徑，比如從臨時形狀回復為永久形狀。而施加刺激在某些場景下（如體內環境）往往很難實現，并且很多功能也要求變形路徑的多元化，因此這些不足很大程度地限制了變形材料的應用價值。
鑒于此，浙江大學謝濤教授團隊報道了一種無需特定外界刺激就可實現自發多路徑變形的形狀記憶聚合物，并探究了該材料在4D打印、防偽和時間溫度指示劑等方面的應用。
該體系中同時具有永久共價交聯與多重UPy氫鍵交聯，共價交聯保證了永久形狀的回復(形狀回復率)，而氫鍵的動態交換可用來調控自發回復的動力學（形狀回復速率）。具體來說，在高溫下編程時，氫鍵交換速率快，引起部分鏈段松弛，體系中熵驅動力變小，因此在室溫下自發回復的速率較慢；而在低溫下編程時氫鍵交換速率慢，體系的熵驅動力大，在室溫回復時速率較快（圖1）。由于時溫等效性，控制編程時間同樣可以帶來不同的熵驅動狀態。總而言之，通過控制編程的時間和溫度，可以實現自發的時序性變形行為。
圖1 網絡設計及編程原理
基于此原理，通過數字化光熱效應可以區域化調控編程溫度，從而控制各區域的內應力松弛程度。而內應力松弛程度又決定了形狀回復速率，因此在各區域的協同作用下該材料便可實現二維平面—三維立體—二維平面的自發變形路徑的編程化。通過設計油墨圖案并且結合激光切割，可以得到復雜的非穩態多路徑變形（圖2）。
圖2 非穩態多路徑變形
進一步地，將該體系應用于光固化3D打印，可以制備具有復雜三維結構的永久形狀。
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形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
在航空航天、新能源汽車、風電等高端制造領域，纖維增強聚合物基復合材料憑借高比強度、高比模量、輕量化等優異特性，成為推動產業升級的核心材料。但這類材料存在一個關鍵短板——對沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進而大幅降低其承載能力，嚴重威脅結構安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression
1、 引言
形狀記憶合金（SMA）因具有形狀記憶效應和超彈性等獨特力學行為，在航空航天、生物醫學、智能結構等領域應用廣泛。然而，其力學響應涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復雜耦合，傳統商用有限元軟件的內置材料模型難以精準描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學行為，核心優勢包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類型 SMA（如 NiTi
熱致性液晶聚合物（TLCP）因其高機械強度、優異的耐化學性、尺寸穩定性以及良好的加工性能，在工業領域占據重要地位。TLCP通常由芳香族剛性基團組成，其合成單體多為含酚羥基的化合物，如對羥基苯甲酸（PHBA）和聯苯二酚（BP）。這些單體的酚羥基親核性較低，難以直接與羧基反應形成聚合物，因此在工業制備中，通常需要先通過乙?；磻岣咂浞磻钚裕龠M行熔融聚合。
TLCP制備的線對板連接器
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本文討論了 “循環神經網絡 （RNN） ” 和 “長短期記憶 （LSTM） ” 的概念，以及它們使用 Python 編程語言和必要的庫的實現。
遞歸神經網絡
它是最古老的網絡之一，創建于 1980 年代，但當時沒有計算機的計算能力
聚合物基復合材料是由各種纖維和聚合物通過不同成型工藝組合而成的新型復合材料，其既保留了原組成材料的主要特點，又通過復合效應獲得原組成材料不具備的性能。其中纖維主要起增強作用，聚合物樹脂主要起連接纖維和傳遞載荷的作用，而纖維和聚合物樹脂的界面是連接的紐帶，也是載荷傳遞的橋梁，起著非常重要的作用。聚合物基復合材料的比剛度以及比強度較高，抗疲勞性能和耐腐蝕性能優異,且具有可設計性強、成型工藝簡單、過載時安全性能好等優點
先決條件：遞歸神經網絡
為了解決深度遞歸神經網絡中的梯度消失和爆炸問題，開發了許多變體。其中最著名的之一是長短期記憶網絡 （LSTM）。從概念上講，LSTM 循環單元試圖 “記住” 到目前為止看到的所有過去知識，并 “忘記” 不相關的數據。這是通過引入不同的激活函數層（稱為“門”）來實現的，用于不同的目的。每個 LSTM 循環單元還維護一個稱為內部單元狀態的向量，該向量從概念上描述了選擇由前一個
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為了解決深度遞歸神經網絡中的梯度消失和爆炸問題，開發了許多變體。其中最著名的之一是長短期記憶網絡 （LSTM）。從概念上講，LSTM 循環單元試圖 “記住” 到目前為止看到的所有過去知識，并 “忘記” 不相關的數據。這是通過引入不同的激活函數層（稱為“門”）來實現的，用于不同的目的。每個 LSTM 循環單元還維護一個稱為內部單元狀態的向量，該向量從概念上描述了選擇由前一個
我用comsol進行sma彈簧仿真，固定彈簧一端邊界，另一端邊界給了一個力載荷，拉伸彈簧發生了不正確的彈簧變形，不知道問題在哪里，老師們可否解答一二。
并且我發現他的形狀記憶合金只涉及奧氏體和馬氏體，并沒有對馬氏體進行孿晶馬氏體和去孿晶馬氏體的區分，這樣的話在仿真形狀記憶效應的時候初始狀態和結束狀態馬氏體體積分數為0，但是其實并不是這樣，請問會不會有問題。
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