非Fickian型溶剂扩散与凝胶溶胀大变形的耦合行为研究任务书

 2020-02-11 12:02

1. 毕业设计(论文)主要内容:

基于连续介质力学理论,推导统一描述高聚物凝胶力学变形与化学溶胀耦合行为的控制方程,包括材料的粘弹性本构方程、溶剂分子的质量守恒方程、遵循非Fickian定律的扩散方程和平衡条件等。基于理论推导结果,首先寻求无约束情况(即自由边界条件)下的解,获得溶剂化学势或浓度函数的变化规律,其次探索不同载荷(应力边界条件)与约束(位移边界条件)作用下的求解,将之用于凝胶的瞬态溶胀问题分析,以此预测该过程中的非Fickian溶胀及力学不稳定特性。

2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1. 查阅不少于15篇参考资料或文献,其中英文文献不少于3篇,完成开题报告。

2. 学习了解凝胶材料的结构组成、变形特征与非fickian型溶剂扩散的特点,并熟悉几种典型的非fickian型高聚物/溶剂扩散体系。

3. 通过实施必要的高聚物黏弹性力学实验和溶胀实验,测定该凝胶/溶剂体系的物理参数(如描述黏弹性能的模量、扩散系数等),为理论推导提供足够的物理支持。

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,确立基本的研究思路,完成开题报告。

第4-6周:学习连续介质力学、流动扩散和固体高聚物力学性能的基础知识,熟悉相关的经典理论模型、运动学关系,独立完成其中的重要公式推导。

第7-9周:基于连续介质力学框架,建立描述溶剂分子在凝胶弹性体中非fickian扩散与大变形溶胀特性的控制方程,包括凝胶材料的粘弹性本构方程、溶剂分子的质量守恒方程、溶剂分子在高分子网络中的扩散方程等。

第10-12周:寻求控制方程在无约束情况和凝胶弹性体存在约束(位移边界条件)或载荷(应力边界条件)情况下的解,所得结果一方面可以与现有实验结果作对比,另一方面也可用于预测各种因溶胀/扩散驱动在试样中引发的局部失稳模式。

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4. 主要参考文献

1. argon, a. s., r. e. cohen, and a. c. patel. a mechanistic model of case ii diffusion of a diluent into a glassy polymer[j]. polymer, 1999, 40(25): 6991-7012.

2. el afif, a., and m. grmela. non-fickian mass transport in polymers[j]. journal of rheology 2002, 46(3): 591-628.

3. w. hong, x. h. zhao, j. x. zhou, and z. g. suo. a theory of coupled diffusion and large deformation in polymeric gels[j]. journal of the mechanics and physics of solids, 2008, 56(5): 1779-1793.

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