مطالعه خمش هيدروژل هاي حساس به پي اچ در تير داراي خواص گرادياني تركيبي

Bending analysis of pH-sensitive hydrogels with functionally graded properties

هيدروژل‌ها در اثر تحريك محيطي آب جذب كرده و متورم مي‌شوند. هيدروژل‌هاي-گرادياني حساس به pH بعلت كاربردهاي متنوع از اهميت برخوردارند. رفتار مكانيكي اين مواد حين تغيير pH، با تعريف تابع انرژي متشكل از چهاربخش انرژي كشيدگي شبكه و انرژي‌هاي تركيب وانرژي تفكيك شبيه‌سازي مي‌گردد. با فرض تغيير مشخصات هيدروژل‌ در راستاي ضخامت حل نيمه‌تحليلي براي خمش اين مواد درشرايط كرنش صفحه‌اي ارائه گرديده است. در اين ميان براي ارزيابي صحت روش ارائه شده، نتايج خروجي با روش اجزا محدود مقايسه شده است. وجود پيوستگي در تنش‌هاي شعاعي و مماسي كه پيش‌تر در اختارهاي چندلايه ديده نمي‌شد، از ديگر مزاياي تيرگرادياني مي‌باشد.

Todays, hydrogels have attracted many researchers due to individual response to exterior stimuli. According to the environmental stimuli, these materials absorb a huge amount of water and swell. Due to the vast application of the functionally graded pH sensitive hydrogels, investigation of their mechanical behavior during changing of pH is very important. In this regard, the energy density is decomposed additively to energy of the network stretching, energy of mixing and energy of dissociation. Considering the variation of properties along thickness, the semi analytical solution is presented under plane strain condition. Verifying the accuracy of presented method, the result of this method is compared with the finite element method including radius, radial and tangential stresses, bending curvature and bending semi angle between pH = 2 to 8. In addition, the continuity of stresses and deformation is one of the benefits of using functionally graded hydrogel instead of multi layer ones.