中文摘要：

瞬时高热流密度作用下的超急速传热过程，对高新材料的研制与材料的改性将起到越来越重要的作用。然而，超急速传热过程中涉及到的超常传热以及伴随的急速热冲击效应对材料结构性能的影响，将成为制约围绕该过程进行现存材料性能潜力挖掘以及高性能材料研究开发的主要瓶颈。本课题以超急速传热过程中材料的热-力耦合行为为研究对象，基于弹性体的广义热弹理论及用于描述超常传热过程的普适导热定律，构建描述急速热冲击过程材料热-力响应的广义耦合热弹性动力学模型，采用理论解析与数值模拟的分析手段，针对急速热冲击下材料的热弹性响应以及超常传热条件下非傅里叶效应、动态热冲击效应和热-力耦合效应对热弹性响应的影响规律进行分析研究，揭示超常传热过程诱发材料结构和力学性能质变的本质原因。为基于超急速传热过程的机械加工、材料制备与改性等技术可靠、可控、可优的实现奠定理论与技术基础。

结论摘要：

瞬时高热流密度作用下的超急速传热过程，对已有材料的改性及高新材料的研制将起到越来越重要的作用，超急速传热过程中涉及的超常传热行为及诱发的有别于常规传热的各种效应将对材料的传热行为和力学性能带来显著的影响。本课题以超急速传热过程中的热-力耦合行为作为研究对象，采取理论分析手段针对瞬时高热流密度热冲击下材料的传热行为及力学性能才开研究，取得了如下的成果 (1) 系统地总结了当前围绕具有时间极短、尺度微观特征的超常传热问题所展开的研究工作。通过归纳得出，当前用于揭示超常传热行为的各类广义热弹性模型仅包含热流矢对时间的惯性效应，对于尺度微观的超常传热行为，无法给出准确地描述。 (2) 考虑热流矢对时间及空间的惯性效应，依据热质理论构建了用于揭示时间极短、尺度微观特征的超常传热过程的广义热弹性动力学模型，并证明了各向同性材料控制方程解的唯一性。通过对微型器件外表面受热冲击问题的求解分析指出，热量的传递除了受到热流加速的时间惯性外，热流运动的空间效应对传热行为也将产生不同程度的影响。 (3) 鉴于当前广义热弹性理论模型求解存在的数学困难，针对热冲击的瞬时特性，提出了一种用于求解广义热弹性控制方程的渐进方法。该方法不仅可以准确地给出热波、热弹性波波前存在的阶跃现象，同时也可以得到特征参量与各物理场之间的函数关系，便于广义热弹性现象的定性分析。 (4) 计及材料物性与温度的相关性，基于Clausius不等式及连续介质理论，通过对自由能公式的高阶展开，构建了具有变物性特征的广义热弹性动力学模型。该模型可以克服已有研究所采用模型的局限性(在原有常物性模型的基础上引入物性参数与温度之间的函数关系，忽略了物性参数变化时原有控制方程形式是否发生变化)。通过对半无限大体及轴对称平面应变问题的求解分析指出，物性参数的变化对于热波、热弹性波的传播及各物理场的分布均产生不同程度的影响，其中值得注意的一点是，相比于对位移场和应力场的显著影响，温度的相关性对于温度场的影响效果并不明显。 (5) 鉴于当前分数阶理论在处理广义热弹性问题的应用前景，基于分数阶热传导方程构建了用于描述常物性以及变物性特征的广义热弹性动力学模型。通过对一维热冲击问题的求解分析，从分子导热能力的层面更加深入的揭示了热量以有限速度传播对材料的力学性能的影响。