《軟智慧型材料的動力學過程及其調控》是依託浙江大學，由王惠明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：軟智慧型材料的動力學過程及其調控
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：王惠明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對兩類耦合動力學過程開展軟智慧型材料的動力學過程及其調控研究，一類是凝膠的尺寸與材料特徵尺度相當情形的擴散過程與粘彈性過程相耦合的凝膠動力學行為研究；另一類是非振盪的化學反應動力學過程與溶脹過程相耦合的自激振盪動力學行為研究。對於第一類情形：在有限變形理論和非平衡熱力學理論的基礎上，考慮粘彈性效應，建立凝膠大變形的擴散和粘彈性耦合的非線性理論體系，考察凝膠的不可壓縮性、特定方向受到機械約束等因素對本構關係的影響。發展非均勻大變形耦合非線性動力學偏微分控制方程組的高效、穩定求解方法。研究凝膠在演化過程出現的表面失穩現象。對於第二類情形：建立考慮凝膠化學反應動力學過程和凝膠大變形溶脹過程相耦合的理論體系，對凝膠的自激振盪形成條件及振盪過程進行精確分析。研究軟智慧型材料動力學過程的調控方法，為自我感知和自我調節的新一代智慧型凝膠器件開發和研製提供理論依據和技術支持。
結題摘要
軟智慧型材料在小激勵下能實現大變形，在驅動器、智慧型假肢、生物組織工程、藥物控釋、仿生機器人等領域具有重要的套用前景。對軟智慧型材料力學行為的分析和預測，由於涉及多場耦合且建立的力學模型的偏微分方程組是強非線性的，求解難度非常大。 本項目系統研究了軟智慧型材料的動力學過程及其調控的途徑和方法。在有限變形理論和非平衡熱力學理論的基礎上，建立考慮粘彈性效應的軟智慧型材料的非線性動力學演化問題的控制方程，發展了高效、穩定的求解非均勻大變形耦合非線性動力學偏微分方程組的方法。在不考慮溶脹效應情形，針對球形和錐形的軟智慧型材料驅動器，當考慮電場耦合效應的影響，給出了在常機械和電載荷作用下的蠕變效應和在周期機械和電載荷作用下的粘彈性動力學行為。在考慮溶脹效應情形，研究了球形凝膠的在力-化學耦合作用下的溶脹回響。完成了丁苯橡膠（styrene-butadiene rubber, SBR）在正十六烷（hexadecane）有機溶劑中的溶脹動力學實驗研究以及在不同吸十六烷溶脹程度下的斷裂性能研究和預測。利用考慮了表面能情形Gibbs自由能函式，分析了飽和及非飽和吸水球形凝膠的雙穩態行為。完成了球形和塊體凝膠溶脹失穩的實驗研究。建立考慮凝膠化學反應動力學過程和凝膠大變形溶脹過程相耦合的場方程，對塊體凝膠的自激振盪過程進行精確描述和分析。探討了軟智慧型材料動力學過程的調控方法，為自我感知和自我調節的新一代軟智慧型器件開發和研製提供理論依據和技術支持。 本項目共發表基金標註論文14篇，其中SCI收錄論文（或SCI源期刊）論文12篇，期刊包括Soft Matter, J Appl Phys, Polymer Testing, Int J Solids Struct, Int J Mech Sci, Appl Math Model, Smart Mater Struct等。培養博士畢業生2名，培養碩士畢業生5名，在讀博士研究生1名。
