基于MMC的自修复材料结构与微胶囊的协同优化

自修复材料作为一种力学构件不仅需要结构宏观构型的拓扑优化，而且需要兼顾自修复剂载体微胶囊的尺寸和分布对自修复材料力学性能和修复效果的影响，因此对结构宏观构型与内置微胶囊进行协同优化具有重要的意义。研究基于可移动变形组件法，以结构柔度为目标函数，材料面积为约束条件，建立了内置微胶囊组件的二维数学模型，基于移动渐近线法（MMA），给出了协同优化自修复材料的设计方法，并与经典自修复材料进行了对比研究，验证了协同优化的优越性。研究表明：两类自修复材料的构型具有相似性；两类自修复材料的结构柔度均随微胶囊体积分数的增加而提高，力学性能发生不同程度的劣化；与经典自修复材料相比，随着体积分数的增加，协同优化自修复材料呈现出更为优异的力学性能，当体积分数接近14%时，其柔度值仅为经典自修复材料的66.1%。