摘要：软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性,使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求,也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者在断裂相场模型方面所做的一些工作,主要关注软材料的大变形断裂相场建模、算法实施以及应用.在有限变形理论框架下,作者发展一种新的混合多场断裂相场模型,用于模拟近不可压缩软材料的大变形断裂.从物理裂纹拓扑的角度清楚阐述了不可压缩性与扩散裂纹张开之间的内在矛盾.为了解决这个问题,该模型利用相场退化函数放松了损伤材料的不可压缩性约束,而不影响完好材料的不可压缩性.通过修改经典的摄动拉格朗日乘子方法,导出了用于近不可压缩大变形断裂问题的新型多场混合变分格式.虽然该混合格式切实有效,但通常需要采用满足inf-sup条件的混合有限元(FE)配置,这进一步加剧了本已昂贵的相场断裂建模的计算负担.为了能够使用具有数值优势的低阶线性单元,作者采用压力投影技术开发了一种稳定的混合公式.该公式的优点在于其简单性和多功能性,允许对所有场变量采用低阶单元离散.考虑到这一特性,作者进一步设计了一种高效的自适应网格划分策略,从而大幅提高了计算效率.为了更好地应对涉及裂纹成核的自适应场景,提出了一种新的基于能量的网格细化判据.此外,本文也完整阐述了稳定混合有限元公式的数值处理,以及自适应网格细化,删除技术的核心操作.所提出的格式的准确性、效率和稳健性已经通过一系列具有代表性的数值案例得到了充分的验证.

摘要：同步辐射硬X射线散射技术是表征高分子材料晶体结构和其他有序结构的有力手段.高时空分辨的现代同步辐射光源具备强大的实时、原位、动态和无损表征能力,在高分子材料加工和服役过程中远离平衡态的多尺度结构演变研究方面有着巨大优势.为了充分发挥这一优势,合理设计同步辐射原位研究装置,实现原位实验过程中的样品环境控制十分关键.本文通过结合具体的研究案例,首先介绍同步辐射原位实验的设计、原位研究装置的研制、操作技巧和数据处理等整个在线实验流程,帮助读者建立对同步辐射原位实验的基本认识.最后,选择了若干具有代表性的高分子材料体系和样品环境,简要概述同步辐射硬X射线散射技术在表征复杂加工外场作用下高分子材料多尺度结构演变方面的应用,帮助读者加深对同步辐射原位研究装置及相关实验过程的理解,以期引发读者的思考,积极拓展同步辐射硬X射线散射技术在高分子材料表征中的应用.