Microcapsule Triggering Mechanics in Cementitious Materials: A Modelling and Machine Learning Approach

材料科学 胶凝的 韧性 复合材料 自愈 水泥 断裂力学 开裂 参数统计 机械工程 结构工程 工程类 病理 统计 替代医学 医学 数学
作者
Evan John Ricketts,Lívia Ribeiro de Souza,Brubeck Lee Freeman,Anthony Jefferson,Abir Al‐Tabbaa
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (3): 764-764 被引量:3
标识
DOI:10.3390/ma17030764
摘要

Self-healing cementitious materials containing microcapsules filled with healing agents can autonomously seal cracks and restore structural integrity. However, optimising the microcapsule mechanical properties to survive concrete mixing whilst still rupturing at the cracked interface to release the healing agent remains challenging. This study develops an integrated numerical modelling and machine learning approach for tailoring acrylate-based microcapsules for triggering within cementitious matrices. Microfluidics is first utilised to produce microcapsules with systematically varied shell thickness, strength, and cement compatibility. The capsules are characterised and simulated using a continuum damage mechanics model that is able to simulate cracking. A parametric study investigates the key microcapsule and interfacial properties governing shell rupture versus matrix failure. The simulation results are used to train an artificial neural network to rapidly predict the triggering behaviour based on capsule properties. The machine learning model produces design curves relating the microcapsule strength, toughness, and interfacial bond to its propensity for fracture. By combining advanced simulations and data science, the framework connects tailored microcapsule properties to their intended performance in complex cementitious environments for more robust self-healing concrete systems.
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