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复杂材料宏细观力学
发表时间:2013-04-14 阅读次数:3530次

    液晶、压电体、复合材料、生命物质、高性能合金、多层薄膜、油-水-表面活性剂等异 质材料在电子、石油、建筑、汽车、纺织、钢铁、地质等工程领域里全面开花,这些复杂工 程材料的加工、制备与应用涉及大量崭新的力学、流变学及其计算模拟方法的新课题.廿一世纪初,细观力学与材料料学相结合巳完全提到日程上,已成为当代力学研究前沿课题。由于细观结构的力学和流变特性,不仅涉及固-流耦合,还面临力学与热、电、磁、光、 化学与生命等耦合影响,使本方向跨学科综合特点格外鲜明.从建模角度,必须考虑多尺度效应、非线性粘弹塑效应与相变等.从计算模拟角度,由于材料多尺度性、本构关系复杂性,对计算机容量、速度和精度提出新挑战. 


    我系近年发展起来的交叉学科--新材料力学流变机理研究与应用开发由陆章基教授任学科带头人。该课题侧重液晶、高聚物、生物与信息材料的力学流变机理研究与高科技应用开发。初步开发成功若干有微结构的复杂流体的力学模型,并在血液流变学、聚合物流变学、液晶流变学、润滑流变学中加以应用。成功解释了不少异常流变现象,从不同角度刻划壁面滑移、稳定性、化学反应、外围层、极性、相变、电磁等效应。如:在"液晶高分子流动及缺陷机理分析,及其在高性能优质材料中应用"问题中,重点探索各类液晶微结构连续统模型,并建立实用的紧差分法、有限元和格子气模拟方法。在"非均质材料多尺度理论下的力学行为分析"问题中,应用分形理论、应变梯度理论等进行材料多尺度理论建模与实验分析。承担二个自然科学基金项目:"极性连续介质力学及其应用(负责单位)"、"极性连续介质的基础理论及非线性特性(负责单位)";一个自然科学基金重点项目子课题:"液晶高分子流变学及其力学研究"(负责人),并参加国家973和攀登计划项目:"石油开采"和上海市科技发展基金项目:"非线稳定性理沦".发表论文50余篇,并二次在全国MMM(现代数学与力学)会议上作综合报告,获得与会者好评。已和本校高分子 科学、电工、物理等兄弟系建立密切横向合作,充分发挥综合大学理论基础扎实的特长。其间还充分动用近代理性力学和数学新工具(纤维丛李群微分流形等),弄清 当今国际最前沿各类微结构连续统模型内在联系,为创建新模型打下扎实基础。并且摆脱经院式纯理论研究模式,以大型项目、国家重大前沿课题为龙头,对新型细观力学模型建立工程实用的计算模拟方法,为编制工程软件创造条件。今后研究方向:(1)人体胆肝结石、动脉硬化与癌变的病变机理与诊断改革中的力学问题:(2)三次采油中油-水-表面活性剂多孔介质三相渗流;(3)液晶高分子流变学中涉及的复杂物质的复杂流动问题;(4)新一代液晶显示与胆甾型液晶的力学与电磁效应之间关系;(5)生物液晶:生物膜新陈代谢、选择功能;信息传递与液晶长程有序性等。围绕这些前沿课题,综合开发若干有微结构的复杂物质的深层次力学模型,由此促进血液、聚合物、液晶和润滑等流变学的发展。 

    目前我们已进入非线性转子动力学的工作,主要工作领域是非线性油膜力的力学建模理论,转子的非线性碰摩,充液转子运动稳定性等方面。承担了国家重点基础研究项目(973项日)"大型机组安全运行问题"和国家自然科学基金会重大项目"大型旋转机械非线性动力学问题"的子课题研究。学科带头人是张文教授。曾获上海市十大科技精英。

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