生物材料的熱-電-化-力學多場耦合理論與有限元分析方法.pdf

1、生物組織、生物凝膠體等生物材料作為特殊的多孔介質，具有導電性、膨脹性和高分子兼容性。這類多孔介質不僅發(fā)生力學過程，在很多情況下還同時存在其他復雜的物理過程、化學過程和生物學過程，而且這些過程往往是相互影響和互為制約的。為了揭示生物材料多物理場的相互作用機理，本文研究生物材料的熱-電-化-力學多場耦合效應。 本文的主要研究工作為：(1)介紹了材料在熱、電、力的載荷單獨作用下的基本理論，利用變分原理，得到有限元求解形式。通過離子的對

2、流-擴散方程，推出穩(wěn)定場和非穩(wěn)定場情況下的基本方程和邊界條件，并由加權余值法得到了相應的有限元形式。 (2)從Gibbs能量角度出發(fā)，在考慮熱耗散和化學耗散的情況，給出了耦合場作用下材料的控制方程：熱-力耦合方程、力-電耦合方程、力-化耦合方程。然后給出了熱-電-力三場耦合作用下材料的有限元形式，最后將化學場引入到熱-電-力三場耦合理論中，導出了生物材料的熱-電-力-化四場全耦合有限元方程。 (3)根據(jù)已經(jīng)得到的力-化耦