有限变形表面与体相孔隙弹性的有限元实现

我们提出一种理论与计算模型，用于描述多孔固体经历的两种相互依赖过程的行为：固体的有限变形以及物质在固体内部的迁移，二者在体相和表面上是不同的。非线性理论使我们能够系统研究多孔固体在广泛中的应用，如药物递送、生物材料设计、生物力学与力学生物学基础研究，以及传感器与执行器的设计。由于我们旨在从更小长度尺度理解物理现象以领会基础生物过程并实现器件微型化，表面效应变得更为关键。尽管现有方法提供了研究变形与扩散耦合体相效应的必要工具，但对于有限应变下完全耦合的体相与表面孔隙弹性所知甚少。在此，我们针对软水合固体发展了表面与体相孔隙弹性多物理场过程的热力学一致公式，并给出了相应的有限元实现。我们的多物理场方法捕捉了有限变形与物质通过体相和表面扩散这两类竞争过程之间的相互作用，并在表面效应重要时提供宝贵见解。