【正文】 系確定： A. 擠出聚合：聚苯乙烯、苯乙烯與二烯烴嵌段共聚物 （ 01 課題研究的體系）。結(jié)合聚合和降解反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)方程與 含時(shí) GinzburgLandau 方程，確立優(yōu)化的數(shù)值離散模擬方法，編制相應(yīng)的計(jì)算程序與演示程序，實(shí)現(xiàn) 伴隨聚合和降解反應(yīng)的 多相聚合物體系形態(tài)生成與演變的模擬。使用數(shù)值模擬方法，離散耦合聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的流體本構(gòu)方程，計(jì)算機(jī)模擬其流體流動(dòng)行為，歸納聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)類型以及反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)聚合物流體流動(dòng)行為的影響規(guī)律。采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及高維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化技術(shù)，給出反應(yīng)加工制備的聚合物材料的制件或制品各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和厚度分布及變化的彩色圖示；直觀地考察導(dǎo)致缺陷發(fā)生情況。 (2) 運(yùn)用 GinzburgLandau方程、流體力學(xué)理論和化學(xué)反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)理論，模擬伴隨聚合、交聯(lián)和降解反應(yīng)的多相聚合物形態(tài)生成過(guò)程和流體流動(dòng)過(guò)程；建立耦合聚合、交聯(lián)和降解反應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和流體流動(dòng)行為優(yōu)化和調(diào)控的理論準(zhǔn)則。 ? 基本完成聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的數(shù)學(xué)和物理表述，嘗試建立耦合聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的流體本構(gòu)方程，并進(jìn)行流體流動(dòng)行為的模擬計(jì)算；初步歸納聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)類型以及反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參 數(shù)對(duì)聚合物流體流動(dòng)行為影響的規(guī)律性。 20xx 年： ? 借助 0 0 03 課題在擠出聚合和擠出接枝或嵌段共聚及降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善復(fù)雜外場(chǎng)條件下，普適性熔融擠出接枝或嵌段聚合反應(yīng)與降解反應(yīng)及其擠出聚合反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模型、反應(yīng)機(jī)理及其模擬方法，建立反應(yīng)加工過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控規(guī)律和方法。 (4) 建立反應(yīng)加工方法制備的聚合物材料的拉伸和吹塑成型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真方法；模擬反應(yīng)加工方法制備的聚合物材料在不同加工條件下，拉伸和吹塑過(guò)程中，應(yīng)力分布、應(yīng)變分布、應(yīng)變率分布和厚度分布的演變過(guò)程；揭示加工條件與制品或制件性能以及厚度分布等的定性與半定量關(guān)系的規(guī)律性；提出判斷制品或制件缺陷的理論準(zhǔn)則和無(wú)缺陷制品或制件的極限加工條件；開發(fā)拉伸和吹塑成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬的軟件系統(tǒng)。研究工作發(fā)表后，被多次引用，得到了國(guó)內(nèi)外同行的認(rèn)可與承認(rèn)。曾將逾滲模型與 Eyring 理論相結(jié)合 研究了聚合物的屈服行為、脆韌轉(zhuǎn)變與體系的形態(tài)及溫度和形變速率的關(guān)系。 六、 申請(qǐng)者正在承擔(dān)的其它研究項(xiàng)目 （攀登計(jì)劃 、 863 計(jì)劃、攻關(guān)任務(wù)和各部委、省市任務(wù)等項(xiàng)目的名稱及編號(hào)、任務(wù)來(lái)源、起止年月、負(fù)責(zé)或參加以及與本申請(qǐng)項(xiàng)目的關(guān)系等情況） ? 項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家杰出青年科學(xué)基金 (1999,120xx,12) 批準(zhǔn)號(hào)： 59825113 項(xiàng)目名稱：多相高分子材料加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程調(diào)控 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 ? 項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目 (199920xx) 批準(zhǔn)號(hào)： G1999064800 項(xiàng)目名稱：通用高分子材料高性能化的基礎(chǔ)研究 研究骨干 七、申請(qǐng)者承擔(dān)（ 負(fù)責(zé)或參加）國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的情況 批準(zhǔn)號(hào) 項(xiàng)目名稱 起止年月 負(fù)責(zé)或參加 進(jìn)展或完成情況 29704008 剪切和壓力對(duì)高分子混合體系相分離的影響（青年基金） 1998,1 20xx,12 負(fù)責(zé)人 已順利完成 20xx4037 高分子混合物薄膜的相分離行為（面上基金） 20xx,1 20xx,12 負(fù)責(zé)人 正在進(jìn)行中 50027001 剪切激光光散射儀的研制（專項(xiàng)基金） 20xx,1 20xx,12 負(fù)責(zé)人 正在進(jìn)行中 － 23－ 對(duì)申請(qǐng)者負(fù)責(zé)的前一個(gè)已結(jié)題科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ 項(xiàng)目名稱及批準(zhǔn)號(hào)）完成情況，后繼研究進(jìn)展及與本申請(qǐng)項(xiàng)目的關(guān)系加以詳細(xì)說(shuō)明。 目前我們正在研制國(guó)內(nèi)第一臺(tái)“剪切激光光散射儀”，為進(jìn)一步深入開展剪切對(duì)高分子體系相行為影響等研究工作奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；同時(shí)借助國(guó)內(nèi)唯一一臺(tái) PVT 分析儀開展?fàn)顟B(tài)方程理論組合規(guī)則修正等方面研究工作，深入揭示了壓力對(duì)高分子體系相行 為影響的物理本質(zhì)。 作為自課題負(fù)責(zé)人，申請(qǐng)者在高分子體系統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、分子流變學(xué)理論和計(jì)算機(jī)模擬研究方面基礎(chǔ)扎實(shí)，有很強(qiáng)的理論研究功底，并具有很強(qiáng)的科研合作精神。申請(qǐng)書各項(xiàng)內(nèi)容，要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。 三、封面右上角“科學(xué)部編號(hào)”由對(duì)口科學(xué)部填寫，項(xiàng)目類別和申報(bào)學(xué)科代碼 1 由申請(qǐng)者填寫。 trouble diagnosis。 應(yīng)用基礎(chǔ)研究 —— 指有廣泛應(yīng)用前景 ,但以獲取新知識(shí)、新原理、新方法為主要目的的研究。例如“中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所”不得填“中科院西安光機(jī)所”或“西安光機(jī)所”。 — 2— 二、立論依據(jù) (包括項(xiàng)目的研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，并附主要參考文獻(xiàn)及出處 ) 對(duì)基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合國(guó)際科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，論述項(xiàng)目的科學(xué)意義； 對(duì)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合學(xué)科前沿、圍繞國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要科技問(wèn)題，論述其應(yīng)用前景。 2. 領(lǐng)域知識(shí)工程方面，包括以獲取領(lǐng)域知識(shí)為目的的專家系統(tǒng)和對(duì)專家系統(tǒng)如何在制冷空調(diào)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)的理論探討文章，如文獻(xiàn) 【 2】 3. 故障診斷和設(shè)備維護(hù)，如文獻(xiàn) 【 3】【 4】 ，其中文獻(xiàn) 【 3】 是制冷空調(diào)領(lǐng)域故障診斷專家系統(tǒng)研究的最早文章，文獻(xiàn) 【 4】 則探討了在線故障診斷在大樓空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。 本研究將采用模糊識(shí)別方法來(lái)對(duì)制冷空調(diào)系統(tǒng)的故障診斷和故障先兆預(yù)測(cè)理論進(jìn)行研究，以此方法產(chǎn)生的專家系統(tǒng)將是一個(gè)混合型制冷專家系統(tǒng)：數(shù)學(xué)計(jì)算處理＋ 專業(yè)模式計(jì)算分析＋傳統(tǒng)專業(yè)知識(shí)，它將更有效地對(duì)制冷系統(tǒng)的故障信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線處理以及分析判斷信號(hào)與原因之間的耦合關(guān)系。在 1996 和 1997 年為美國(guó)特靈空調(diào)有限公司和摩洛哥王國(guó)開發(fā)設(shè)計(jì)了“ 制冷空調(diào)系統(tǒng)故障模擬設(shè)置和診斷實(shí)驗(yàn)裝置 ” 。指導(dǎo) 3 屆碩士研究生進(jìn)行制冷系統(tǒng)故障診斷方面的研究，曾獲上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 1 次 。但國(guó)內(nèi)故障診斷的研究都是針對(duì)離線非實(shí)時(shí)的。 80 年代中期國(guó)際上開始將專家系統(tǒng)引入制冷空調(diào)領(lǐng)域，在故障診斷、能量分析、優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了較為深入的研究探討。 項(xiàng)目組主要成員 —— 指在項(xiàng)目組內(nèi) 對(duì)學(xué)術(shù)思想、技術(shù)路線的制定與理論分析及對(duì)項(xiàng)目的完成起主要作用的人員。 起止年月 —— 起始時(shí)間從申請(qǐng)的次年 1 月算起。申請(qǐng)其重點(diǎn)項(xiàng)目時(shí)項(xiàng)目類別也填 B，并在申請(qǐng)書封面右上角加注“高技術(shù)新探索課題重點(diǎn)項(xiàng)目”。科學(xué)部將對(duì)此信息保密。 二、申請(qǐng)書為十六開本，復(fù)印時(shí)用 B5復(fù) 印紙，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。 同意與華南理工大學(xué)合作共同申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“高分子材料反應(yīng)加工過(guò)程的化學(xué)與物理問(wèn)題研究”子課題 —聚合物反應(yīng)加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真。達(dá)到聚合物反應(yīng)加工過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)控制、形態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、流體流動(dòng)過(guò)程調(diào)控和拉伸與吹塑成型條件的遴選與極限加工條件預(yù)測(cè)的目的。 2. 理論上第一次定量地預(yù)測(cè)了剪切速率和壓力同時(shí)作用時(shí)，高分子混合體系相分離行為的變化規(guī)律。已發(fā)表研究論文 40 余篇（ SCI 收錄期刊論文 30 余篇）；提交國(guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議論文 10 余篇（邀請(qǐng)報(bào)告 1 次）。取得的標(biāo)志性成果主要有： 1) 主要對(duì)聚合物擠出和吹塑機(jī)理及技術(shù)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。曾主持國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)科學(xué)基金青年基金和面上基金、國(guó)家自然科學(xué)基金專項(xiàng)基金、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)基金和青年基金和吉林省青年基金等；承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目子課題?；就瓿删酆衔锊牧侠旌痛邓艹尚蛿?shù)值模擬普適性模擬與仿真方法的建立。 ? 反應(yīng)加工過(guò)程模擬：結(jié)合反應(yīng)加工過(guò)程中聚合和降解反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)機(jī)理方面的研究結(jié)果，構(gòu)造復(fù)雜化學(xué)和物理?xiàng)l件下，聚合物流體本構(gòu)方程。 ? 完成耦合簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)情況下，聚合物流體本構(gòu)模型建立，進(jìn)行耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動(dòng)行為模擬程序的編寫，實(shí)施相應(yīng)的模擬計(jì)算。 可行性分析： 上述實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算機(jī)模擬方法，在文獻(xiàn)中均有過(guò)類似研究的文獻(xiàn) 報(bào)道，證明對(duì)反應(yīng)加工方法制備的聚合物材料是可行的。 (4) 拉伸與吹塑成型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真 ? 初始化條件（加工條件）確立：建立制件或制品厚度分布與性能和型坯起始溫度分布之間的相關(guān)模型。 ? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與理論完善：建立使用“剪切激光光散射儀”觀察準(zhǔn)反應(yīng)加工條件下，伴隨聚合和降解反應(yīng)發(fā)生的多相聚合物體系形態(tài)形成的實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)模型體系進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。 ? 影響規(guī)律：構(gòu)造不同分子結(jié)構(gòu)增容劑 /聚烯烴 /帶有可反應(yīng)基團(tuán)聚合物的混合體系，采用 Monte Carlo 和分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，研究在復(fù)雜外場(chǎng)（溫度、壓力、剪切）下體系熔融反應(yīng)混合過(guò)程中體系形態(tài)、界面結(jié)構(gòu)和聚合物鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，確定增容劑分子結(jié) 構(gòu)和添加量以及反應(yīng)程度等對(duì)體系微觀形態(tài)演化及形態(tài)結(jié)構(gòu)形成的影響規(guī)律。 (5) 確立高溫、高速拉伸狀態(tài)下反應(yīng)加工制備的聚合物的粘彈塑性本構(gòu)模型；在大變形有限元程序中引入粘性、高溫、高應(yīng)變率和應(yīng)變硬化等參數(shù)后，算法的優(yōu)化、可靠性和實(shí)用性判斷及其計(jì)算機(jī)模擬程序的調(diào)試；模擬拉伸和吹塑成型過(guò)程的厚度分布和缺陷點(diǎn)分布，建立判斷缺陷點(diǎn)的理論判據(jù)。 ? 運(yùn)用拉伸流變儀（ MEISSNER 流變儀等），測(cè)量變溫度和變應(yīng)變速率時(shí)，反應(yīng)加工制備的聚合物材料樣品的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線，利用數(shù)值擬合原理處理不同溫度和不同應(yīng)變率的應(yīng)力應(yīng)變曲線，獲得應(yīng)變率、硬化指數(shù)和溫度的粘彈塑性本構(gòu)模型及本構(gòu)方程。 ? 借助“剪切激光光散射儀”等在線檢測(cè)方法，觀察準(zhǔn) 反應(yīng)加工條件下，伴隨化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的多相聚合物體系的形態(tài)生成和演變過(guò)程，與計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果進(jìn)行比較，完善伴隨聚合或降解反應(yīng)的含時(shí) GinzburgLandau 方程形態(tài)生成動(dòng)力學(xué)理論。 ? 在模擬結(jié)果基礎(chǔ)上，建立反應(yīng)加工過(guò)程中聚合或降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程組，明確復(fù)雜外場(chǎng)條件（溫度、壓力、剪切和粘度）對(duì)反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。為聚合物反應(yīng)加工過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)的控制、形態(tài)結(jié)構(gòu)生成的優(yōu)化、模具的設(shè)計(jì)和成型條件的選擇，提供先期的理論預(yù)測(cè)與科學(xué)依據(jù)。所以，借助計(jì)算機(jī)模擬探討伴隨化學(xué)反應(yīng)（均聚、共聚或降解等）的聚合物流體流動(dòng)過(guò)程，對(duì)控制聚合物反應(yīng)加工過(guò)程和擠出型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)將有著非常重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。但是，就從目前文獻(xiàn)來(lái)看，上述研究工作考慮的只是相對(duì)較簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于聚合反應(yīng)（均聚或共聚等）和降解反應(yīng)的影響或復(fù)雜外場(chǎng)條件下（剪切和壓力場(chǎng)等）伴隨化學(xué)反應(yīng)的情況卻未見報(bào)導(dǎo)。目前，雖然一些研究者研制出在線檢測(cè) 裝置[1]，并在研究反應(yīng)加工過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和形態(tài)結(jié)構(gòu)的生成與演變等方面取得了一些相當(dāng)有科學(xué)意義的結(jié)果，但是，仍很難達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控聚合物反應(yīng)加工過(guò)程的目的。 項(xiàng)目類別 申報(bào)學(xué)科代碼 1 科學(xué)部編號(hào) E E03 國(guó)家自然科學(xué)基金 申 請(qǐng) 書 項(xiàng)目名稱： 聚合物反應(yīng)加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真 申 請(qǐng) 者： 王秀忠 所在單位： 山東大學(xué) 郵政編碼： 250061 通訊地址： 山東省濟(jì)南市經(jīng)十路 73 號(hào) 電 話： 053188399516 傳 真： 053188399516 申請(qǐng)日期： 20xx 年 7 月 15 日 國(guó) 家 自 然 科 學(xué) 基 金 委 員 會(huì) 一九九七年制 重大項(xiàng)目 項(xiàng)目名稱： 聚合物材料 加工過(guò)程的 數(shù)值模擬 研究 研 究 內(nèi) 容 和 意 義 摘 要 借 助 MC 方 法 、 含 時(shí) GL 方 程 、 本 構(gòu) 方 程 及 數(shù) 值 分 析 方 法 ， 模 擬 反 應(yīng) 加 工 中 分 子 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) 、 伴 隨 反 應(yīng) 的 形 態(tài) 生 成 、 耦 合 反 應(yīng) 的 流 體 流 動(dòng) 及 拉 伸 與 吹 塑 成 型 等 過(guò) 程 。 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展，人們自然而然就想到是否可以通過(guò)有限有價(jià)值的在線檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)理模型與方程，并把化學(xué)反應(yīng)過(guò)程用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)與物理語(yǔ)言在模型中表述，從而借助數(shù)值模擬的方法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化 學(xué)與物理?xiàng)l件下，反應(yīng)加工過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)（聚合反應(yīng)和降解）動(dòng)力學(xué)與機(jī)理、（伴隨化學(xué)反應(yīng)）形態(tài)生成與演變、（耦合化學(xué)反應(yīng)）復(fù)雜流體的流動(dòng)以及后加工與成型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真。我們知道，復(fù)雜外場(chǎng)下，聚合和降解反應(yīng)對(duì)多相聚合物體系形態(tài)生成和演變的影響，正是聚合物反應(yīng)加工所特 定的條件，所以，也正是本申請(qǐng)項(xiàng)目的第二個(gè)研究?jī)?nèi)容。這也正是本申請(qǐng)項(xiàng)目的第三個(gè)主要研究?jī)?nèi)容。 參考文獻(xiàn)： 1. J. Zhou and J. Sheng, “Small Angle Light Backscattering of Polymer Blends: 1. Multiple Scattering”, Polymer, 38, 3727(1997). 2. 楊玉良，“ 多組份高分子體系中的圖樣形成、演化與選擇 ”，《 高分子科學(xué)的近代論題 》，復(fù)旦大學(xué)出版社， 1998。 ? 總結(jié)反應(yīng)加工過(guò)程中，聚合與降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的規(guī)律性，并與進(jìn)一步的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，完善復(fù)雜外場(chǎng)條件下，均聚、共聚（接枝和嵌段）和降解反應(yīng)數(shù)理模型、分子動(dòng)力學(xué)理論與 反應(yīng)機(jī)理。 (3) 耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動(dòng)行為的