软物质系颗粒材料组成微结构与传输性能之间关联建模综述冰.PDF

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．65，No．17(2016) 178101 专题：软物质研究进展 软物质系颗粒材料组成、微结构与传输性能 之间关联建模综述冰 许文祥 )十 孙洪广 ) 陈文 ){ 陈惠苏2) 1)(河海大学力学与材料学院，软物质力学研究所，南京 211100) 2)(东南大学材料科学与工程学院，江苏省土木工程材料重点实验室，南京 211189) (2016年5月31日收到；2016年7月4日收到修改稿) ． 作为一种典型的软物质体系，颗粒材料的传输性能对相关工程材料在实际工程中应用的耐久性和服役寿 命具有至关重要的影响．材料的物理性能通常依赖于其微结构特征，而颗粒材料微观结构的形成又直接与其 成分结构密切相关．因此，清楚、准确地认识颗粒材料的组成、微结构与其传输性能之间的多尺度关联机理是 提升颗粒材料力学性能和耐久性的保障．本文综述了当前颗粒多相复合材料传输性能建模的研究现状，着重 介绍了颗粒材料传输性能建模涉及的三个主要方面：颗粒材料组成结构的建模、材料内部孔相和界面微结构 的定量表征、颗粒材料传输行为的建模方法．并对复杂拓扑几何颗粒的构造、非球形粒子接触判据和随机堆积 模型、界面厚度和孔隙率分布、界面体积分数、软化粒子f包括孔隙和界面1渗流以及颗粒多相复合材料有效扩 散和反常扩散性能等领域的研究进展和前沿给予阐述，总结和展望了颗粒多相复合材料多尺度力学行为建模 有待拓展的研究方向． 关键词：颗粒材料，随机堆积，渗流，传输性能 PACS：81．05．Rm，61．43．Bn，64．60．ah，66．30．Dn DOI：i0．7498／aps．65．178101 部结构直接影响到侵袭性活性介质在其 内部传输 1 引 言 的速率和路径，而颗粒材料微结构的形成同样依赖 于其组成结构．因此，若想揭示因侵袭性活性介质 颗粒材料是由大量不同尺度离散颗粒组成的 传输导致颗粒材料过早的劣化本质，必须清楚地认 复杂多相体系，它普遍存在于 自然界和工程实践 识和理解颗粒材料组成、微结构和传输性能之间的 中，例如沙漠、泥石流、混凝土、陶瓷、玻璃、胶体、 多尺度关联机理，以便通过优化组成来调控材料的 聚合物、纤维等复合材料体系．提升颗粒材料在实 微结构，达到改善颗粒材料传输行为的目的，从而 际工程应用中的耐久性和服役寿命是当今力学、物 提高颗粒材料在实际工程应用 中的耐久性和服役 理、材料、水利工程和土木工程等学科研究的热点 寿命． 问题和前沿领域．根据现代材料科学的基本理论， 20世 纪末，在诺 贝尔物理学奖获得者de 材料的物理性能与其组成、微结构之间存在 内在紧 Gennes等国际著名软物质学者的大力提倡下，颗 密的关联，充分地探析和掌握材料的组成和微结构 粒材料物理性能的研究引起了越来越多的关注．经 信息是深入理解材料力学和传输性能的关键．颗粒 历近30年的研究发展，对颗粒材料的试验、理论和 材料作为一种典型的非均质多相复合材料，它的内 数值研究已经成为当前力学、物理、材料、水利工 国家自然科学基金 (批准号11572112、江苏省 自然科学基金 (批准号 BK201308411和中央高校基本业务 费专项资金 (批准号：2016B06314)资助的课题． 十通信作者．E-mail：xuwenxiang@hhu．edu．cn {通信作者．E—mail：chenwen~hhu．edu．ca ◎2016中国物理学会 ChinesePhysicalSocie