发展了一种新的水凝胶各向异性溶胀本构模型。由于该水凝胶的各向异性是通过DIW 3D打印诱导纤维定向排布导致的，所以新的本构模型适用于墨水直写3D打印技术，且含有与纤维排布相关的参数。具体结论如下：

（1）模型由无纤维水凝胶基体的各向同性溶胀自由能函数和纤维的各向异性自由能函数的叠加来表示。水凝胶基体模型可以描述溶胀凝胶在溶剂和外力载荷作用下的非均匀变形。在纤维模型中，采用了唯象的自由能函数来更好地描述单轴拉伸中的软化现象。模型中引入了一个分散系数，用以表示各向异性的程度。分散系数也与分布密度函数有关，因此也可以用来反映了墨水直写挤出的水凝胶中纤维的分布。在相同的打印速度下，分散系数与挤出喷嘴的尺寸呈正相关。

力学性能加强型人工合成水凝胶

（3）将本构模型植入有限元。利用商用软件ABAQUS中的自定义材料(UMAT)，将本文的本构模型编程实现。

磁控软体机器人的抓取功能示意图

（4）通过比较解析解、数值解和实验结果，验证了该本构模型。通过参数讨论我们得出：当k等于1/ 3时，不同方向上的溶胀变形相等；当k不等于1/ 3时，打印方向上的溶胀变形总是比垂直于打印方向的溶胀变形小；打印方向的溶胀变形随着分散系数的增加而增加，但是垂直于打印方向的溶胀变形随着分散系数?的增大而减小；体积应变 J会随着分散系数k的增大而减小。实验结果与理论计算也吻合较好。