- 方形水凝胶薄片在平面上的各向异性溶胀变形
为防止模拟过程中不必要的刚体运动，也为了减少计算量，我们根据水凝胶各向异性情况建立一个1/4模型，并根据1/4模型的边界赋予适当的对称边界条件。利用Abaqus/CAE软件中定义材料坐标的功能，我们定义各向异性材料的首选材料方向(或打印路径)。
在模拟中，我们讨论了两种打印方向的水凝胶溶胀情况:一个是打印方向始终与正方形一边的平行；另一个是打印方 向 与 正 方 形一条对角线平行 。 在模拟过程中 ，化学势能从初始状态变化到u=0J，用此来模拟将水凝胶浸泡在水中的真实状态。水凝胶会因为化学势能的变化持续溶胀直到平衡。模拟中我们使用了八节点线性块状杂交单元(C3D8H)。接着我们将模拟得到的变形结构与实验结果进行比较。这两种模拟的溶胀变形与水凝胶的实验溶胀形态吻合较好，也说明同一结构模型由于不同的打印方向会导致溶胀形态的不同。
- 模拟飘带兜兰的扭转
为了适应自然，许多植物进化出了具有各种迷人的复杂图案和形状特殊的器官。这些植物的结构形成和变形机制很有趣，但很多情况下这些机制都与各向异性有关。植物的各向异性是普遍存在的，如叶肉和叶脉就存在不同的力学性质。在这里，我们3D打印了一个水凝胶条带，它由两层不同打印路径的水凝胶组成，用于模仿飘带兜兰扭曲的花瓣。将水凝胶基体比作叶肉，将定向排布的纤维比作花瓣中的交错纹理。在有限元模拟中，水凝胶条带的一端受到约束，以防止不必要的刚体运动。展示了水凝胶扭转过程中各阶段的变形规律。当水凝胶开始溶胀时，因为两层水凝胶的溶胀不协调而产生扭转，就像植物的生长一样。展示了来自实验的水凝胶扭转形貌和实际飘带兜兰花瓣的扭转形貌。可以看出有限元模拟变形、实验变形和实际变形这三者的变形形貌吻合较好，3D打印水凝胶纤维复合材料为模拟植物变形形貌提供的新的途径，也为基于我们的各向异性水凝胶溶胀理论提供了的潜在应用。
