2021年6月29日9：30，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）开展的力学家访谈，在IMT成功进行。本期访谈的嘉宾是西安交通大学刘子顺教授。
访谈掠影
力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：
问：您在《Extreme Mechanics Letters》上发表的论文，揭示了水凝胶的弹性模量与断裂能的标度律行为，您认为我们在研究过程中如何更好的运用标度理论呢？
答：标度率的概念最早由国外学者Pierre-Gilles de Gennes于1979年提出来，并成功的应用于揭示两个物理量之间的关系，因而它是一种直观的物理感受和数学灵感；它在物理上的应用比较广泛，尤其在聚合物领域已经有了很好的结果；我们的这篇论文主要工作是从实验现象出发，通过实验观察发现了水凝胶含水量与弹性模量之间的关系，并且这种关系呈现出了非常好的标度率形式，因而获得了水凝胶弹性模量与断裂能之间的直观物理解释。标度率方法是一个非常好的科学研究手段，它往往能简单的给出变量之间的数学关系，从而简化问题的分析。
问：为了正确预测软材料的变形行为，开发合适的本构模型至关重要。您能说说建立合适的本构模型对于预测软材料的影响有哪些，以及建立本构模型考虑的内容主要是哪些？
答：本构关系是材料力学中最重要的关系之一，其中最常见、最简单的本构关系式就是线性的应力-应变关系。从力学上讲，软物质具有大变形的特点，因而其具有几何非线性、材料非线性，同时这也是区别于硬材料的特点之一。常见的软物质如橡胶、水凝胶等材料往往视为超弹性材料，需要我们在了解应力应变关系的基础上才能建立相应于不同环境刺激下的本构方程，而这种应力应变关系往往是非线性的。智能软物质材料的本构关系研究也是最近十几年才引起研究人员的广泛注意，这方面的工作还不完善，还有许多研究的空间，它与传统材料本构关系最大的不同在于软物质材料往往要考虑其自身的溶胀效应、传输过程、质量变化等等内容，是一个典型的大变形，几何材料非线性的问题。
问：软材料相比硬材料，数学处理上有更多的困难，您能讲讲这其中主要的难点和应对方法吗？
答：软材料的数学处理仍然利用了连续介质力学中的大变形非线性理论，同时还需要考虑材料本身的屈曲失稳，因此它涉及了一系列的力学数学问题；我们在进行软材料的理论分析过程中，往往需要通过实验的方法获得直观的材料参数和变形情况，然后通过数学分析进行理论推导，这其中用到最多的数学工具就是变分原理及自由能的概念，张量分析是一个非常有用的数学工具。展开讲就是利用非线性弹性理论和变分法解复杂的非线性方程；获得的方程往往是难以求解的，我们可以利用有限元等数值分析方法进行数值求解。
问：智能软材料在柔性驱动和传感等领域具有极大的应用前景，您能更深入谈谈这个领域的发展前景吗？
答：软材料在智能驱动领域具有重要的应用，已经有学者提出了“柔智材料”的概念，即利用柔软材料的各种特性开发出功能繁多的新型智能驱动复合材料；柔智材料在生物医学、电子软机器人、生物工程上都具有很多的应用。同样这种材料在传感器领域也有了较好的应用，并且已经取得了很好的结果，这是一个大有作为的领域，具有广泛的前景。
问：软物质这种新型材料在传统硬结构如建筑结构、机械设备中有没有什么应用前景，或学科交叉？
答：软物质在传统工业界曾经有过非常好的使用例子，如英国地铁井道使用软凝胶封堵渗水，解决了井口渗水漏水问题；同样的，水凝胶等凝胶软物质也能够应用到传统材料中去，例如有的学者在研究混凝土微裂缝修补等，一些参合软凝胶复合水泥材料，可以提高材料的抗裂行为；这就是一个很好的启发，即通过传统硬材料加软材料的结合，弥补原有材料的缺陷，并应用到工程中去，这方面有很好的研究前景。
撰稿人：李蒙
校对：李蒙
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