充液弹性毛细管低温相变的力学分析

作     者：陶泽 李墨筱 提飞 刘勇岗 刘少宝 卢天健 TAO Ze;LI Moxiao;TI Fei;LIU Yonggang;LIU Shaobao;LU Tianjian

作者机构：南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室南京210016 

出 版 物：《应用数学和力学》 (Applied Mathematics and Mechanics)

年 卷 期：2021年第42卷第10期

页      面：1045-1061页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

基　　金：国家自然科学基金(12032010 11902155) 江苏省自然科学基金(BK20190382) 江苏省仿生功能材料重点实验基金 江苏高校优势学科建设工程项目基金 

主　　题：相变 界面张力 冻胀 热毛细弹性数 冻毛细弹性数 

摘      要：充液弹性毛细管广泛存在于生物体(如毛细血管、植物导管等)和工程领域(如微流控冰阀门、制冷系统热管、MEMS微通道谐振器等).低温工作环境中,充液弹性毛细管内部的液柱会发生相变并引发冻胀效应,从而导致管壁的变形、损伤乃至断裂.该文建立并求解了考虑温度梯度、界面张力及液体冻胀作用的弹性毛细管平衡方程,分析了液柱低温相变过程中毛细管壁的径向和环向应力,发现管壁应力分布受热毛细弹性数和冻毛细弹性数的影响,且影响大小跟壁厚相关.该研究不仅有助于理解生物体内充液弹性毛细管冻胀失效机制,还可为MEMS微流控芯片的抗冻胀失效设计提供理论指导.