کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
5018544 1467434 2017 10 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Onset of swell-induced surface instability of hydrogel layers with depth-wise graded material properties
ترجمه فارسی عنوان
شروع ناپایداری سطوح هیدروژل ناشی از تورم با خواص مواد عمیق مرتب شده است
کلمات کلیدی
هیدروژل، بی ثباتی سطح، روش فضای حالت، روش اختلاف محدود
ترجمه چکیده
انواع مختلفی از الگوهای بی ثباتی در سطح لایه های هیدروژل با تغییرات عمق در خواص مواد مشاهده شده است. در این مقاله یک روش فضایی حالت و یک روش اختلاف محدود برای پیش بینی شرایط بحرانی برای شروع بی ثباتی سطح برای لایه های هیدروژل با خواص مواد مستمر درجه بندی شده در جهت ضخامت ایجاد شده است. هر دو روش با مقایسه با راه حل های تحلیلی برای لایه های هیدروژنی همگن و دو لایه هیدروژل مقایسه می شود. در حالیکه روش متمایز محدود اغلب نیاز به تعداد زیادی گره برای دستیابی به همگرا دارد، روش فضای حالت نیاز به مقادیر کمتر زیر لایه ها برای لایه های مداوم درجه بندی شده دارد. نتایج حاصل از لایه های هیدروژلی درجه بندی شده به صورت خطی و نمایانگر نشان می دهد که نسبت تورم بحرانی و طول موج بحرانی متناظر هر دو به مشخصات شیب چگالی ستونی بستگی دارد. این مطالعه ممکن است راهنمایی های نظری را برای تحلیل و طراحی بی ثباتی سطح و الگوهای سطح در لایه های هیدروژل ارائه دهد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
شروع ناپایداری سطوح هیدروژل ناشی از تورم با خواص مواد عمیق مرتب شده است
چکیده انگلیسی
A rich variety of instability patterns have been observed on the surface of hydrogel layers with depth-wise variation in material properties. In this paper, a state space method and a finite difference method are developed to predict the critical condition for onset of surface instability for hydrogel layers with continuously graded material properties in the thickness direction. Both methods are benchmarked by comparing to analytical solutions for homogeneous hydrogel layers and hydrogel bilayers. While the finite difference method often requires a large number of nodes to achieve convergence, the state space method requires relatively fewer sub-layers for continuously graded layers. The results for linearly and exponentially graded hydrogel layers show that the critical swelling ratio and corresponding critical wavelength both depend on the gradient profile of the crosslink density. The present study may provide theoretical guidance for analyzing and designing surface instability and surface patterns in hydrogel layers.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Mechanics of Materials - Volume 105, February 2017, Pages 138-147
نویسندگان
, , , ,