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Non-Fickian型溶剂扩散与凝胶溶胀大变形的耦合行为分析

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 多场耦合模拟

凝胶材料是由三维高分子网络及填充在网络之间的溶剂分子（最常见为水分子）所组成的混合弹性物，因其具有活跃的化学力学性质，在许多科学和工程领域都有着广阔的应用。一直以来，人们对于凝胶溶胀与传统Fickian流动输运的耦合特性关注较多，但对于涉及Non-Fickian型扩散的溶胀变形问题研究较少，实际上后者也普遍存在于各种非晶态高聚物与有机溶剂的溶胀过程中。针对Non-Fickian型溶剂扩散与凝胶溶胀大变形的耦合行为，本文主要从理论分析角度出发，通过对合适的材料体系进行凝胶大变形力学与溶剂流动扩散的定量表征，同时结合现有实验成果，建立一个能描述凝胶材料黏超弹性与Non-Fickian扩散过程的本构模型，以较系统的考察其瞬态溶胀行为及力学不稳定性。通过理论和实验的对比，可以揭示高分子凝胶变形与Non-Fickian溶剂扩散耦合行为的内在机理，并有望为相关的溶胀驱动/制动类器件研发或结构调控提供设计准则和指导。