超弹-粘弹-损伤仿射微球模型及其应用

硅胶弹性体PDMS,在多个领域有着广泛的应用。为了提高PDMS的力学性质,近期我们在PDMS材料中加入微米尺寸的玻璃微珠,这有效地提高了PDMS的模量。然而,玻璃微珠填充的PDMS材料在循环变形过程中,在第一个加卸载周期出现大的滞回圈,表现出明显的损伤行为,且后续加载过程中仍有稳定的较小的滞回圈,显示出一定的粘弹性特性,此外,卸载后材料有明显的残余应变。针对上述实验发现,本文建立了一个基于仿射假设的微球模型,分子链在各个方向上初始均匀分布,当受到加载后,各个方向上的分子链发生损伤行为和粘弹性松弛机制,导致不同方向的各向异性变形行为。该五参数的本构模型能够描述玻璃微珠填充弹性体的实验现象,包括不同周次循环加载的滞回圈形状以及残余应变的大小。该理论模型能描述各类软材料体系的复杂力学行为,有望为软材料的力学行为的预测提供有力的支撑。     

红外测温法研究Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier效应

试件塑性变形过程伴随着机械能向热能的转化.利用红外测温法,通过分析红外热像仪采集的温度场图像,系统研究了Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier （PLC）效应.在不同应变率下,实验得到了三类锯齿形应力-应变曲线,分析了相应情况下试件温度变化曲线的异同及其原因,探讨了三种类型PLC变形带的空间传播特性.研究发现,试件表面的温升随着应变率的增加而增加;PLC带的倾角转向发生在试件的两端或者带外的温度最高处. 关键词： Portevin-Le Chatelier效应 红外测温 Al-Mg合金     

水蒸汽驱动高聚物形状记忆效应的力学模拟

部分形状记忆高聚物在相对湿度较高的环境中会从其临时形状恢复到永久形状，这种效应被称之为水蒸汽驱动形状记忆效应。由于不需要升高温度就可实现形状恢复，水蒸汽驱动的形状记忆效应在多个领域都有着潜在的应用价值。本文拟建立一个热-力-化学多场耦合的理论模型来模拟非晶态高聚物的水蒸汽驱动形状记忆行为。该理论模型采用自由体积的概念来模拟玻璃态转变，采用Fick定律来模拟水蒸汽在高聚物基体中的扩散行为。相关有限元模拟结果表明，该模型能定性地描述文献中观察到的恢复温度、相对湿度以及溶剂分子扩散速度对形状恢复行为的影响，也能模拟复杂变形条件下水蒸汽驱动的形状记忆效应。     

洪湖湿地生态系统服务功能价值及经济损益评估

洪湖是湖北省最大的湖泊,湿地资源十分丰富.本文根据洪湖湿地的特点,采用资源经济学和生态经济学的理论与方法,分资源功能、环境功能和社会功能对洪湖湿地的生态系统服务功能价值进行了评估,得出洪湖湿地的生态服务价值为28.063亿元.其中,生物资源价值为10.734亿元,占总价值的38%;调蓄洪水价值为10.382亿元,占37%.研究结果表明,洪湖湿地生态服务功能价值主要表现在提供水产品和调蓄洪水等方面的价值.由于人类不合理的开发利用,导致洪湖湿地生态服务功能受损,本文估算了其经济损失约为8.303亿元,损失总经济价值的23%.因此,只有恢复洪湖湿地生态环境,保护湿地生态系统,才能保证湖区经济的可持续发展.     

水蒸汽驱动高聚物形状记忆效应的力学模拟

部分形状记忆高聚物在相对湿度较高的环境中会从其临时形状恢复到永久形状,这种效应被称之为水蒸汽驱动形状记忆效应。由于不需要升高温度就可实现形状恢复,水蒸汽驱动的形状记忆效应在多个领域都有着潜在的应用价值。本文拟建立一个热-力-化学多场耦合的理论模型来模拟非晶态高聚物的水蒸汽驱动形状记忆行为。该理论模型采用自由体积的概念来模拟玻璃态转变,采用Fick定律来模拟水蒸汽在高聚物基体中的扩散行为。相关有限元模拟结果表明,该模型能定性地描述文献中观察到的恢复温度、相对湿度以及溶剂分子扩散速度对形状恢复行为的影响,也能模拟复杂变形条件下水蒸汽驱动的形状记忆效应。     

填充橡胶温度依赖的非弹性力学行为实验研究

填充橡胶具有复杂的非弹性力学行为，主要包括应变率依赖的粘弹性效应和变形历史依赖的Mullins效应。当前大多数对填充橡胶的实验研究集中于室温条件，针对以上问题，本文通过单轴压缩实验系统地研究了温度对氟橡胶粘弹性和Mullins效应这两种非弹性行为的影响。首先采用多次循环加载获得了完全消除了Mullins效应的预处理试样。通过对原试样和预处理试样的单轴加卸载实验应力响应进行对比，发现Mullins效应不受变形温度和应变率的影响。通过对消除Mullins效应橡胶材料应力松弛实验结果分析，发现粘弹性行为不仅与变形的温度、应变率相关，还受加载应变的影响，表现为较大的加载应变会抑制氟橡胶的应力松弛。     

考虑缠结效应的超弹性本构模型

经典熵弹性模型, 如 Neo-Hookean模型和Arruda-Boyce八链模型, 被广泛应用于预测橡胶等软材料的超弹性力学行为. 然而, 大量实验结果也显示仅采用一套模型参数, 这类模型不能同时准确地描述橡胶在多种加载模式下的应力响应. 为了克服上述模型的不足, 本文在熵弹性的模型基础上引入缠结约束效应. 微观上, 采用Langevin统计模型来表征熵弹性变形自由能, 通过管模型(tube model)引入缠结约束自由能, 并基于仿射假设, 建立微观变形与宏观变形之间的映射关系. 在宏观上, 所建立的超弹性模型的Helmholtz自由能同时包含熵弹性和缠结约束两部分, 其中熵弹性自由能与经典的Arruda-Boyce八链模型一致, 依赖于柯西-格林应变张量的第一不变量, 而缠结约束自由能依赖于柯西-格林应变张量的第二不变量. 与文献中的实验结果对比发现, 该三参数模型能准确地预测实验中所测得的橡胶材料在单轴拉伸、纯剪切和等双轴拉伸变形条件下的应力响应, 也能较好地描述不同预拉伸比条件下双轴拉伸实验结果. 最后, 本文比较了所建立的基于应变不变量的缠结约束模型与文献中相关的缠结约束模型在多种加载模式下自由能的异同. 总的来说, 本文所建立的本构理论能准确模拟橡胶等软材料的大变形力学行为, 对其工程应用有促进作用.