孔隙介质的力学和输运性能研究

随着社会的进步、科学技术的发展以及工业的需求，复杂孔隙介质的力学和输运问题成为许多学科和工程领域中迫切需要研究解决的关键基础问题。本项目从学科发展和我国工业的迫切需求出发,凝练了需要解决的科学问题,将从理论和实验两个方面入手,研究具有复杂多连通细观结构的孔隙介质的力学性能和广义输运性能。主要研究内容包括多场耦合的热力学理论框架、孔隙介质力学性能和输运性能的细观力学模型和方法、输运、化学反应及相变与力学性能的耦合关联，并且将理论研究成果应用于侵蚀条件下混凝土材料和结构的寿命预测、燃烧条件下的混凝土力学性能分析、热防护发汗材料的热-力耦合分析、新型热管孔隙材料的输运性能研究，以及油气储层岩石的多场耦合作用分析。本项目的研究成果不仅对于促进多场耦合下连续介质力学理论的发展、细观力学模型和预测方法的进步具有重要的理论意义，也对解决我国相关工业领域的关键技术问题具有重要的应用价值。

本项目主要建立了多相复合材料的湿热耦合热力学框架和基于细观力学的有效性能预测方法，首次给出了多相热弹性复合材料的有效比热的解析表达式；发展了非规则孔隙介质力学性能和输运性能研究模型和方法，模拟了孔隙材料中不同孔隙联通程度下孔隙介质的有效力学性能，预测了混凝土类非规则孔隙材料湿热耦合有效性能和破坏曲线；研究了微/纳米蜂窝材料以及天然蜂窝的多层次结构和力学性能；改进了一种考虑孔隙介质微观结构的格子Boltzmann数值模拟方法，可以模拟任意孔隙率的孔隙介质和任意梯度变化的梯度材料的热传导性能；研究了高孔隙率非规则多孔防热材料的力学性能；研究了混凝土力学性能与侵蚀时间的关系，实验证实了混凝土的侵蚀损伤机理，揭示了侵蚀与外荷载耦合作用下微损伤成核的细观机理，建立了基于损伤耦合的有害离子在混凝土中扩散的新模型；制备了新型微纳米孔隙金属材料，测量了新型微纳米孔隙金属材料的浸润性能和抽吸性能以及毛细输运性能，为微型热管的研制提供了新型的候选管芯材料。.在项目资助下，有2名博士后出站，培养毕业了4名博士研究生、8名硕士研究生；发表了一批高水平的科研论文；开展了卓有成效的国际交流，主办了2个国际会议。