基于野燕麦麦芒细胞的仿生自驱动复合材料制备及其吸湿变形分析

摘要

本研究以野燕麦麦芒细胞为研究对象,基于其吸湿自驱动行为的内在机理,利用定制的智能水凝胶为基材成功制备出兼具响应速率快、形变尺度大等特性的仿生自驱动复合材料,分析了长度、吸水时间和含水率对其扭转变形的影响,并针对仿生自驱动复合材料的吸湿运动形式和变形结果进行了有限元分析。研究结果表明:仿生复合材料的长度越长,扭转的圈数就越多,但长度过长会使材料吸湿后因承重过大而弯曲倾斜;吸湿平衡后的长度基本为吸水前长度的1.5倍;仿生复合材料轴向应变和扭转角随含水率的增加呈现不断增加的趋势,在整个含水率变化过程中,仿生材料轴向应变及单位长度扭转角的最大值分别为29.99%、0.057 rad/mm;有限元计算结果与实验结果吻合度较好,有效验证了有限元分析方法的可行性及仿生材料吸湿变形结果的可靠性。