热弹性表/界面本构关系及其应用研究

在纳米尺度下，表/界面效应对具有很大比表面积的纳米结构材料的力学性能有着重要的影响，而表/界面效应明显依赖于环境温度。本项目首先拟基于热力学和连续介质力学建立计入温度变量的超弹性表/界面本构模型，揭示不同环境温度和载荷作用下表/界面的变形和运动规律。然后，研究表/界面张力作用所诱导的纳米结构材料体内的残余应力场，建立具有残余应力场的热弹性体在不同温度和加载条件下的本构模型。作为模型的应用和验证，分析低维纳米结构单元（纳米线、纳米梁和纳米薄膜等）在不同温度和载荷作用下的动静态热-力学特性及其尺度效应，阐明温度、表/界面能和表/界面应力的影响。本项研究对于纳米结构材料的性能设计与开发具有重要的意义。

本项目基于热力学和连续介质力学建立了计入温度变量的热超弹性表/界面本构模型，揭示了不同环境温度和载荷作用下表/界面的变形和运动规律。研究了表/界面张力作用所诱导的纳米结构材料体内的残余应力场，建立了具有残余应力场的热弹性体在不同温度和加载条件下的本构模型。表面与体相模型相结合，发展了纳米结构材料的热-力学模型。作为模型的应用和验证，分析低维纳米结构单元（纳米颗粒、纳米线和纳米板等）在不同温度和载荷作用下的热-力学特性及其尺度效应，阐明温度、表/界面能和表/界面应力的影响：分析了纳米颗粒的有效热膨胀特性，分子动力学模拟了表面弹性参数随温度变化关系，研究了在表面残余应力作用下纳米薄板自失稳行为和热弹性弯曲，研究了考虑表/界面效应的双材料结合界面附近以及半空间/半平面表面附近的弹性场，探讨了刚性压头的纳米光滑接触以及具有初应力纳米线在离子辐射下的损伤演化问题。本项研究对于纳米结构材料的性能设计与开发具有重要的意义。