多相介质一般指材料中包含几种物质的复杂材料,如聚合物胶体中包含聚合物网络结构、自由移动水和盐离子。由于多相介质具有复杂的微观结构,其宏观性能也表现出复杂的多场耦合性质,如流-固耦合、化学-力学耦合现象。本文根据基于热力学框架下的混合物理论,建立了多相介质的多场耦合理论,其主要研究内容如下:(1)建立了描述两相介质流-固耦合效应的理论模型。两相介质包含固相和液相,固相一般是多孔介质其几何形状十分复杂无法直接建立几何模型,液相在固相的孔隙中自由流动。由于混合物理论的假设,两相物质可以被看作均匀并重叠的分布在由固相形成的材料空间中。根据混合物理论推导了两相介质的一般本构方程,并且用无穷小应变假设、固相为不可压缩弹性材料、液相为不可压缩无粘流体等条件,得到了两相介质的线性本构方程。(2)由守恒定律和线性本构方程推导了两相介质的有限元方程。最后把两相流固耦合模型应用到椎间盘组织,结果表明椎间盘组织在受到均布载荷时,材料的应力由固相和液相共同承担,随着时间的增加,液体逐渐排出椎间盘组织,固相的应力逐渐增大最后等于均布载荷的大小。(3)应用混合物理论建立了三相介质化学-力学耦合模型,其中三相介质包括了:固相、自由移动的水和水中自由离子相。这种三相化学-力学耦合模型考虑了三相介质由于离子浓度变化而产生体积膨胀或收缩的化学-力学耦合现象。推导了三相化学-力学耦合模型的本构方程,并写出了线性本构关系推导了有限元方程。(4)把三相化学-力学耦合模型应用到聚合物胶体材料。数值模拟的结果表明聚合物胶体在受到力学和化学载荷作用下,材料的应力由固相应力、液相压力和离子引起的膨胀应力三部分组成。本文应用混合物理论建立了两相介质的流-固耦合模型和三相介质的化学-力学耦合模型。研究结果表明以上所建立的两种模型能够有效的描述具有流-固耦合现象和化学-力学耦合现象的材料的力学行为。