کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
5018166 1467036 2017 27 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
A coupled theory for chemically active and deformable solids with mass diffusion and heat conduction
ترجمه فارسی عنوان
یک تئوری همراه برای جامدات شیمیایی فعال و ناپایدار با انتشار جرم و هدایت گرما
کلمات کلیدی
اتصال شیمیایی مکانیکی، ورم، واکنش شیمیایی، نفوذ، ترمودینامیک،
ترجمه چکیده
برای تجزیه و تحلیل مشکلات مکرر مواجهه حرارتی شیمیایی و شیمیایی در مواد شیمیایی فعال مواد، ما تئوری پیوندی ترمودینامیکی سازگار از تغییر شکل، انتشار جرم، هدایت گرما و واکنش شیمیایی. معادلات پایه تعادل نیرو، جرم و انرژی در ابتدا ارائه می شوند و سپس به طور کامل قوانین پایه ای تفسیر کننده تعاملات چندگانه و معادلات تکاملی را برای کنترل جریان های غیر قابل برگشت مطابق با نابرابری گسیختگی انرژی و سینتیک شیمیایی ایجاد می کنند. برای در نظر گرفتن تمایز اساسی بین انتشار جرم و واکنش های شیمیایی در مواجهه با انرژی آزاد و از بین بردن یک سیستم بسیار متصل، هر دو غلظت گونه های انتشاری و میزان واکنش را به عنوان متغیرهای مستقل دولت مورد توجه قرار می دهیم. این ترکیب جدید سپس بین سهم انرژی از گونه های پخش شده وارد جامد و از واکنش های شیمیایی پس از آن در میان این گونه ها و جامد میزبان، که نه تنها با تنش ها و فشارهای مختلف در حالت های مختلف و در مقیاس های زمانی متفاوت، متمایز می شود، بلکه همچنین تغییرات مختلف ریزساختارهای جامد و خواص مواد را ایجاد می کند. با استفاده از این توصیف جدید، ما یک مدل تخصصی ایزوترمال را برای پیش بینی دقیق واکنش شیمیایی و مکانیکی گذرا یک جامد تورم با یک محدودیت حجمی پیشنهادی که برای عدم تراکم مواد مؤثر است، ایجاد می کنیم. سینتیک همبسته برای جذب حجم حجمی جامد ناشی از جذب گونه های خارجی و گسستگی همزمان از واکنش های شیمیایی بین گونه های پخش شده و جامد ایجاد شده است. این مدل سپس با دو مثال عددی از تورم گذرا همراه با واکنش شیمیایی می باشد. نسبت های مختلف زمان های مشخصی از انتشار و واکنش شیمیایی در نظر گرفته شده است تا نور را بر روی وابستگی به مقیاس های زمانی جنبشی از الگوهای تکامل برای یک جامد غیر قابل تغییر با کنترل واکنش منتشر کند.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
یک تئوری همراه برای جامدات شیمیایی فعال و ناپایدار با انتشار جرم و هدایت گرما
چکیده انگلیسی
To analyse the frequently encountered thermo-chemo-mechanical problems in chemically active material applications, we develop a thermodynamically-consistent continuum theory of coupled deformation, mass diffusion, heat conduction and chemical reaction. Basic balance equations of force, mass and energy are presented at first, and then fully coupled constitutive laws interpreting multi-field interactions and evolving equations governing irreversible fluxes are constructed according to the energy dissipation inequality and the chemical kinetics. To consider the essential distinction between mass diffusion and chemical reactions in affecting free energy and dissipations of a highly coupled system, we regard both the concentrations of diffusive species and the extent of reaction as independent state variables. This new formulation then distinguishes between the energy contribution from the diffusive species entering the solid and that from the subsequent chemical reactions occurring among these species and the host solid, which not only interact with stresses or strains in different manners and on different time scales, but also induce different variations of solid microstructures and material properties. Taking advantage of this new description, we further establish a specialized isothermal model to predict precisely the transient chemo-mechanical response of a swelling solid with a proposed volumetric constraint that accounts for material incompressibility. Coupled kinetics is incorporated to capture the volumetric swelling of the solid caused by imbibition of external species and the simultaneous dilation arised from chemical reactions between the diffusing species and the solid. The model is then exemplified with two numerical examples of transient swelling accompanied by chemical reaction. Various ratios of characteristic times of diffusion and chemical reaction are taken into account to shed light on the dependency on kinetic time scales of evolution patterns for a diffusion-reaction controlled deformable solid.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of the Mechanics and Physics of Solids - Volume 107, October 2017, Pages 49-75
نویسندگان
, ,