分数阶反常扩散下湿热弹性复合材料的断裂

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872379
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0802.固体强度、损伤、断裂与疲劳
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Transient moisture-heat effects such as in the process of steam-cured concrete can strongly influence the mechanical properties of the materials. The classical heat conduction and mass transfer cannot describe the transient characteristics of hygrothermal diffusion. Based on the basic principles of thermodynamic, heat and mass transfer, and solid mechanics, under the condition of hygrothermal coupling, this project aims at applying fractional abnormal diffusion to describe the transient process of heat and moisture transfer and to establish time-fractional generalized hygrothermoelasticity. The mechanical behaviors of such composite materials containing defects are systemically analyzed through theoretical analysis, numerical simulation and experiment test when subjected to complicated loading conditions such as conduction and convection of moisture and heat as well as thermal radiation. The relevance of the hygrothermal effect, the latent heat of phase transformation, or hygrothermal relaxation times and the mechanical performance of composite materials is revealed. The influence of crack’s geometry and distribution on the propagation direction and path of crack growth is formulated. Failure mechanism of layered composite materials with hygrothermoelastic coupling is shed light on due to the difference of coupled heat and moisture transfer process in dissimilar materials via the hygrothermoelastic models of different time-fractional orders. It provides a theoretical support for engineering applications of the fields related to deformation and fracture of composite materials arising from transient hygrothermoelastic coupling.
混凝土蒸养过程中瞬态湿热效应强烈影响材料的力学性能。通常的导热传湿不能描述湿热扩散的瞬态特性。基于热动力学、传热传质学、固体力学的基本原理,本项目旨在导热传湿耦合条件下,通过分数阶反常扩散描述材料内部的导热传湿瞬态过程,建立分数阶广义湿热弹耦合理论。通过理论分析、数值仿真和试验测试,系统分析受湿热传导、对流和热辐射等复杂条件下此类含缺陷复合材料的力学行为,揭示湿热效应、相变潜能、湿热弛豫时间对复合材料力学性能之间的关联,阐明湿热耦合条件下裂纹几何尺寸及分布对裂纹扩展方向和路径的影响规律,通过不同阶数的分数阶模型分析不同材料内部耦合传热传湿过程的差异,揭示层状复合材料的湿热弹性耦合断裂失效机理。为瞬态湿热耦合诱导的材料变形和断裂的工程应用提供理论支撑。

结项摘要

应用工程领域(如蒸养混凝土和固体火箭点火等过程中)经常发生超高温湿热耦合效应,并进一步强烈影响材料的力学性能。由于高温度梯度及超快速的热流,通常的Fourier热传导和Fick扩散定律并不能不能描述湿热耦合扩散的瞬态特性。该项目基于热力学、传热传质学、固体力学的基本原理,引入分数阶反常扩散描述材料内部的导热传湿瞬态过程,建立了分数阶广义湿热弹耦合理论,研究了考虑分数阶的湿热弹性材料中的裂纹问题,分析了无限介质、有效厚度及功能梯度材料中的直裂纹、币形裂纹受到湿热冲击等荷载工况下湿热应力的分布规律;系统分析了受湿热传导、对流和热辐射等复杂条件下此类含缺陷复合材料的力学行为,揭示湿热效应、湿热弛豫时间对复合材料力学性能之间的关联;提出了微纳米梁板湿热结构的湿热弹性阻尼模型,揭示了分数阶、微纳米尺寸及湿热特性对结构的品质因子影响,为瞬态湿热耦合诱导的材料变形和断裂的工程应用提供理论支撑。依托该项目,共发表SCI论文19篇,包括Int J Solids Struct、Appl Math Model、Theo Appl Fract Mech、Int J Heat Mass Transfer、Int Comm Heat Mass Transfer、Int J Thermal Sci 等期刊。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Temperature distribution of conductive-convective-radiative fins with temperature-dependent thermal conductivity
热导率随温度变化的传导-对流-辐射翅片的温度分布
  • DOI:
    10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104799
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    International Communications in Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Zhang C.-N.;Li X.-F.
  • 通讯作者:
    Li X.-F.
Free vibration of radially graded hollow cylinders subject to axial force via a higher-order shear deformation beam theory
通过高阶剪切变形梁理论研究径向分级空心圆柱体受轴向力的自由振动
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2020.112957
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Ma W.-L.;Cheng C.;Chen X.;Li X.-F.
  • 通讯作者:
    Li X.-F.
Flexoelectric effects on the natural frequencies for free vibration of piezoelectric nanoplates
挠曲电效应对压电纳米板自由振动固有频率的影响
  • DOI:
    10.1063/5.0032343
  • 发表时间:
    2021-01-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Wang, Bin;Li, Xian-Fang
  • 通讯作者:
    Li, Xian-Fang
Exact solution of a nonlinear fin problem of temperature-dependent thermal conductivity and heat transfer coefficient
热导率和传热系数随温度变化的非线性翅片问题的精确求解
  • DOI:
    10.1139/cjp-2019-0435
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Canadian Journal of Physics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Sun S.-W.;Li X.-F.
  • 通讯作者:
    Li X.-F.
Thermoelastic damping in circular microplate resonators based on fractional dual-phase-lag model and couple stress theory
基于分数双相滞后模型和耦合应力理论的圆形微板谐振器热弹性阻尼
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123570
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wang Y.-W.;Li X.-F.
  • 通讯作者:
    Li X.-F.

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其他文献

T应力对岩石断裂韧度及扩展路径的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    郭少华;李显方;周绍青
  • 通讯作者:
    周绍青
锥形纳米管纵向振动固有频率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨武;彭旭龙;李显方
  • 通讯作者:
    李显方

其他文献

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李显方的其他基金

非经典弹性理论板结构的弯曲断裂研究
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T应力及其对裂纹扩展路径的影响
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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