冻结引起软质材料损伤的全耦合热力-力学大变形模型
软凝聚态物质
2025-11-20 v1
摘要
在美国，每天约有17名患者等待器官移植，这一危机由无法长期储存器官（如通过冷冻保存）所致。其主要失效机制是组织在冷冻过程中经历的严重热力-力学损伤。对该损伤的预测性理解受阻于热传导、相变和大变形力学之间的复杂相互作用。为此，本文提出了一种用于模拟液体饱和软质材料在冷冻条件下损伤演化的全耦合热力-相场框架。该理论框架集成了热传导、固液相变、有限变形非线性弹性和渐进式力学损伤。我们采用\texttt{FEniCS}有限元软件包求解控制方程。本报告将详细阐述理论框架，并展示能够捕捉温度、冻结相场、应力和损伤场随时间和空间演化的代表性模拟。该所开发的框架为理解冻结引起损伤的基本机制以及设计改进的冷冻保存策略提供了强大的工具。
引用
@article{arxiv.2511.15500,
title = {A thermo-mechanically coupled finite deformation model for freezing-induced damage in soft materials},
author = {Ali Saeedi and Ram Devireddy and Mrityunjay Kothari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.15500},
year = {2025}
}
备注
32 pages, 19 main figures, 5 appendix figures