[0001] 本发明涉及海洋土木工程抗震试验研究技术领域，尤其涉及一种基于形状记忆编程骨架的互穿相复合结构及其制作方法。

[0002] 海洋土木工程建设，涉及到维护海洋权益、保障海上安全、发展海洋经济、开发海洋资源、推进海洋产业诸方面的重大需求。海洋土木工程建设的核心，是如何在复杂海洋环境下建造满足各种需求的土木工程结构并维护其正常运行和使用。海底地震就是一种对海洋土木工程结构危害性很强的典型海洋载荷，在岩土和水体中传播的地震波会引起海床土体振动和变形，可能诱发海底滑坡和泥石流，或者导致海工结构基础失稳破坏，还能诱发海啸直接作用在海工结构上而导致其破损或破坏。

[0003] 目前，现有的深海地震模拟装置大多为地上模拟，即搭建深海环境模拟池，试件置于上部深海模拟环境池中，振动模拟装置的作动机构安装在池底空间，通过防水布、柔性密封套等技术手段，实现干湿分离。这类型装置体积较大，需配套相应的土建结构，例如申请号为CN201711147021.6、CN201910349899.0等的中国专利。此类装置的振动模拟台面、作动轴等穿过其由防水布、柔性密封套等组成的密封层实现载荷传递，即在底部形成了一个密封防水空间。然而，这种方案带来了极大地安全隐患，深海环境模拟池中的介质（水）会对密封层造成长期的压力，此外作动机构往复运动、被激振随时变化的水压、密封空间内的气压等同样会影响密封层的可靠性和寿命，甚至会影响试验数据的真实性。

[0004] 另一类深海地震模拟装置是基于超重力模拟，此类模拟装置具有可移动、可集成的优点。通过产生n倍超重力场，在1/n比尺的物理模型上产生与原型等效的重力场，同时对原型时间也缩短n倍，从而实现“时空压缩”。可以真实地模拟地震动在大尺度空间内的传递规律和岩土体的灾变效应，特别适合海工结构这类大尺寸土木工程的抗震研究工作，例如，申请号为CN201310165160.7的中国专利，但是此专利仅提到具备适用于深海地震模拟功能，并未提供具体的原理方案，且其水介质竖直方向的超重力效应更会影响密封层的可靠性。

[0005] 因此，需要研发出一种基于形状记忆编程骨架的互穿相复合结构及其制作方法来解决上述问题。

[0019] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0020] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0022] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0023] 此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0024] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0025] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

[0026] 如图1所示，实施案例1：本案例中针对常规高分子材料热膨胀大容易引起大的热变形、进而影响装备的稳
定性和安全性的问题，开展复合材料的低/负热膨胀系数的设计和制备工作。针对该复合材料，采用4D打印形状记忆聚合物负泊松比结构骨架，填充聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为填充相形成互穿相复合结构3，利用形状记忆编程实现骨架相的热缩冷胀行为，与PDMS的热胀冷缩相结合，通过调节两相间的相互作用与竞争关系，最终实现复合材料的低/负热膨胀。具体实施案例的操作如下：
步骤一，3D打印热敏型形状记忆材料的多孔结构
根据案列的需求，设计三维正交各向同性的负泊松比结构，如图2所示。对该元胞
结构进行有序排列，形成多胞负泊松比结构材料，再通过光固化3D打印技术制备出该负泊松比结构的实际模型，打印材料为光固化双向形状记忆树脂材料。

[0027] 步骤二，基于形状记忆行为的多孔结构预变形编程由于该形状记忆材料结晶//熔融温度均高于室温，则可以实现在室温以上的双向
形状记忆编程。对该双向形状记忆聚合物制备的负泊松结构材料进行形状记忆编程，如图3所示。在熔融温度以上的θ1开展拉伸预变形编程，固定变形后在低于结晶温度的θ3下将形状固定，获得临时形状S1；随后，升温至高于结晶温度且低于熔融温度的θ2，此时形状得到部分回复，获得临时形状S2；在温度θ3和θ2之间进行升降温，可实现形状S1和S2的相互转变，即为双向形状记忆。该形状转变体现为热缩冷胀，与图4所示连续体材料的热缩冷胀特性正好相反。

[0028] 步骤三，双组分溶液填充编程骨架制备互穿相复合材料本实施中，在步骤二形状记忆编程的负泊松比骨架结构中填充双组分的PDMS溶
液，在真空环境下保持48小时，固化后形成互穿相复合材料，制备过程示意图如图5所示。

[0029] 步骤四，形状记忆编程骨架基互穿相复合材料的热变形测试本实施中，对步骤三中制备的形状记忆编程负泊松比结构骨架基互穿相复合材料
进行热变形测试，进行升温和降温循环的热循环测试，热变形示意图如图6所示。升温过程中填充相发生热膨胀、骨架相由于形状记忆编程而发生热收缩，在两相的相互作用和竞争关系下，复合材料表现出低甚至为负的热膨胀。

[0030] 步骤五，互穿相复合材料热膨胀的可调控设计本实施中，针对步骤三中制备的形状记忆编程骨架基互穿相复合材料，讨论影响
其热变形的主要因素包括，编程预变形、编程温度、填充相结构形式及体积分数、骨架结构结构参数等，通过调节这些影响因素，可以调控骨架结构双向形状记忆的回复驱动力，进而实现调节骨架相和填充相之间的相互作用力，最终实现该复合材料的热膨胀调控设计。

[0031] 本申请中的智能装配在于依赖于一种形状记忆效应编程的骨架实现复合材料的热膨胀调控，由于形状记忆材料具有可编程特性，其编程的骨架结构可以实现不同寻常的热缩冷胀特性，再与复合材料填充相的热胀冷缩相结合，通过调节骨架相和填充相之间的相互作用关系，实现复合材料热膨胀的可调控设计。

[0032] 本申请中骨架1可以为负泊松比结构，实现三维的各向同性热膨胀；该结构也可以是零泊松比结构，实现各向异性的热膨胀特性；该结构也可以是整泊松比结构，实现各向增强的热膨胀特性。

[0033] 本申请中骨架结构的预变形编程可以是拉伸、压缩、弯曲、扭转等变形，不同的预变形编程可以实现不同的热响应特性。

[0034] 本申请中填充该编程骨架的填充相2，其材料初始为流动性较好的液体，填充好后进行固化，实现两相均为固体的的互穿相复合材料；该材料不限于两组分后固化溶液，如环氧树脂、聚二甲基硅氧烷等双组分材料，也可以是不同条件刺激固化的溶液；该材料后固化不限于热固化，也可以是光固化、磁固化、长时间慢反应固化等固化方式。

[0035] 本申请中骨架材料为可编程的智能材料，该材料具有可编程特性，可以是实现结构构型的转变，如形状记忆聚合物、形状记忆合金等智能材料。

[0036] 本申请中该复合材料的热膨胀特性可以通过调控两相间的相互作用与竞争关系来实现，该两相关系由骨架相和填充相体积分数、结构形式、材料特性等来决定，该复合材料的热膨胀可调控性也可通过调控这些因素来实现。

[0037] 本申请中骨架基体材料形状记忆效应的激励不限于热激励、磁激励、光激励、电激励。

[0038] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。