硅橡胶基开孔材料在各类工程领域中都有广泛的应用,但传统方法制备的硅橡胶泡沫材料在泡孔大小、形状、连通性等方面存在高度的非均匀性,由此导致其力学性能存在随机特性,给相应力学行为的设计与调控带来了很大困扰。因此,制备微孔结构可设计、力学行为可预测的硅橡胶基开孔材料是该领域面临的重要难题。近几年,出现了基于直写式3D打印技术制备的具有堆垛结构形式的硅橡胶基开孔材料,其胞孔结构均一、有序,极大地提高了力学性能的稳定性。但目前,无论是硅橡胶基堆垛结构的直写式3D打印成型还是其相关力学行为的研究工作均处于初级阶段,这严重制约了其在今后工程领域中的应用与发展。因此本文针对硅橡胶基堆垛结构直写式3D打印成型中的关键控制参数、堆垛结构设计及其相应力学行为等方面开展了理论、实验与数值仿真研究,主要工作内容概述如下。1.针对硅橡胶基堆垛结构的直写式3D打印成型进行了研究。着重介绍了适用于室温环境下硅橡胶打印浆料的线性直写式3D打印平台设计理念与方案,并对硅橡胶打印浆料的非牛顿流体特性进行了分析和表征。针对直写式3D打印堆垛结构中的关键控制参数进行了分析,基于打印浆料在进料推挤段,螺杆输送段以及针头推挤段的运动状态,建立了综合挤胶体积流率计算模型,定量分析了胶体流变参数、气体压力参数、平台硬件参数、螺杆电压参数以及打印针头参数对3D打印平台的综合挤胶体积流率的耦合影响机理。同时结合打印平台运动速度,对胶丝直径开展了理论预测与实验验证工作。2.针对几种硅橡胶基堆垛结构的设计及其特性开展了研究。研究分析了线弹性阶段下简单四方体型(ST)堆垛结构表现出的轴向压缩变形机制以及面心四方体型(FCT)堆垛结构表现出的弯曲变形机制。同时基于混杂设计思想,提出具有轴向压缩-弯曲混合型变形机制的HYB型堆垛结构。此外分别针对上述几种堆垛结构的代表性体积单元,简化几何构型,建立细观力学理论模型,定量分析了基体材料特性、微孔结构特征参数与其相对密度、弹性模量之间的关联特性,并开展了相应实验与数值仿真研究工作。3.对比分析了几种硅橡胶基堆垛结构在压缩载荷下的超弹性力学行为特征。定量分析了 ST型堆垛结构基体材料特性以及微孔结构特征参数与其弹性屈曲应变、弹性屈曲应力以及密实化区域极限应变的对应关系,并给出了 ST型结构出现弹性屈曲平台的临界条件。基于上述理论分析,设计并制备了具有宽应力平台区间特征的ST-2型堆垛结构,其在压缩载荷下表现出两阶段弹性屈曲平台效应,并与同基体、同密度下的随机发泡材料压缩力学性能进行了对比研究。4.针对不同预紧压缩应变下堆垛结构垫层的剪切力学行为开展了数值仿真研究工作。研究分析了 ST型堆垛结构出现负剪切力学行为的机理,定量给出了 ST型结构出现负剪切力学行为时对应的临界压缩应变与微孔结构特征参数间的关联。此外还开展了摩擦系数对硅橡胶基堆垛结构的剪切滑移行为影响以及剪切滑移判据的分析。5.针对硅橡胶基堆垛结构的应力松弛行为开展实验研究,并同随机发泡材料进行对比。基于三参量线性固体模型、广义Maxwell模型分别对FCT型堆垛结构以及考虑空气溢出效应的硅橡胶基堆垛结构应力松弛行为进行表征。并采用直接外推法对FCT型堆垛结构以及随机发泡材料的长时应力松弛行为进行了预测和对比分析。