高分子链构型与缠结的表征及其在流场下的演化和应力响应是近年来缠结高分子流体流变学领域研究的前沿和焦点。四十年来，高分子物理学界一直把“管子模型”作为描述缠结高分子流体线性和非线性流变行为的基石。同时，该模型也是高分子流变学领域唯一被广泛接受和认可的分子模型。“管子模型”把因高分子链不可相互穿越而导致的链间复杂多体相互作用简化为光滑、无势垒的管子对一条Rouse链的限制作用。这个简化的物理图像使得高分子链取向与拉伸解耦合，且自洽地弓I入了描述高分子链运动的两个特征时间:控制链取向的松弛时间（τd）和控制链拉伸与回缩的Rouse松弛时间（τR），从而克服了传统Maxwell模型和瞬态网络模型人为引入松弛时间的局限。从“管子模型”物理图像可知:在剪切速率高于1/τd且低于1/τR的启动剪切下，高分子链只发生取向，而不被拉伸;且高分子链不断取向导致其均方回转半径单调增加;应力过冲的分子机理是高分子链的过度取向。在平衡态和近平衡态，“管子模型”得到了计算机模拟结果的验证，其预言表观上也与一些缠结高分子流体的流变学实验数据吻合，甚至包括一些复杂的大幅形变。然而，近期的一些流变学实验研究质疑了“管子模型”的基本物理假定，认为这一过于简化的物理图像可能导致非真实的非线性流变学响应。特别是，美国Akron大学王十庆教授(Prof.Shi-Qing Wang)研究组通过粒子示踪测速观测方法发现的一系列缠结高分子流体在快速大形变条件下的非线性流变现象很难基于“管子模型”来解释。　　在本论文中，为了描述剪切速率高于1/τR且低于1/τR的启动形变下缠结高分子流体的分子链构型演化、缠结演化以及应力-应变响应，同时验证“管子模型”的物理基础，我们发展和建立了一整套Brown动力学模拟和分析方法，探讨了均方回转半径、平均轮廓长度、原始链的链段(Tube Segment)尺度分布、缠结更新率以及剪切应力对应变的响应规律。此外，我们还系统地比较了这些物理量的模拟结果与目前最完善的“管子模型”（GLaMM理论）计算结果。主要结论如下:　　1.启动剪切下高分子链的构型演化动力学:(1)高分子链被显著地拉伸了，且经过数个τR后，高分子链方发生回缩;(2)均方回转半径随剪切应变或时间增加存在显著的峰值，且其峰值所对应的应变或时间大于轮廓长度峰值所对应的应变或时间，这说明均方回转半径是由取向、拉伸和回缩共同控制;(3)均方回转半径峰值所对应的应变值随剪切速率的增加而增加;(4)在远大于τR的时间尺度内，高分子链变形仍接近仿射形变;(5)原始链的链段尺度分布在应力过冲点附近偏离高斯分布，反映了分子链松弛的动力学异质性，这种异质性表明，在远大于τR的时间尺度内分子链的取向和拉伸是耦合的，因此，“管子模型”计算应力时采用解耦合处理，定量上是不准确的。以上结果与“管子模型”预言相比存在定性上的差异。　　2.启动剪切下高分子链的缠结演化动力学:(1)平均每条高分子链的缠结点数随剪切应变的增加而降低，这说明在启动剪切过程中，高分子链确实发生了解缠结;(2)在启动剪切初期，缠结点的更新慢于平衡态时的更新，经过多个τR后才快于平衡态缠结点的更新，这说明被拉伸的“缠结网络”能够抑制高分子链的解缠结，即使“管子”存在，也不是一条光滑、无势垒的管道;上述结果暗示:在启动剪切初期，链缠结具有类似瞬态网络节点的强链间相互作用性质。　　3.启动剪切下缠结高分子流体的应力-应变响应:(1)应力过冲与取向贡献的应力几乎无关，且应力极大值对应的应变与轮廓长度极大值对应的应变基本一致，这说明应力过冲的分子机理是被拉伸的高分子链发生了回缩，而不是“管子模型”预言的分子链的过度取向;(2)应力过冲点所对应的应力值和应变值随剪切速率的增加而增加，且不同剪切速率的应力-应变曲线（以各自峰值所对应的应力和应变值作为标尺）能够归一化成一条主曲线，这一结果与实验数据完全吻合;(3)初始模量（应力-应变曲线的起始斜率）与实验结果一致，即:非常接近仿射形变所预言的斜率，与GLaMM理论的计算值完全不同（GLaMM理论计算表明，初始模量在τR内会迅速下降）。　　我们还通过改变边界条件、模拟单元尺寸以及时间尺度（t/τR或t/τd）等对模拟结果加以了验证。因此，我们相信，导致以上理论与模拟结果偏离最可能的原因是:“管子模型”过度简化了分子链间的相互作用。在研究的启动剪切速率下，我们的发现质疑了“管子模型”中高分子链在光滑、无势垒管道中自由收缩（服从Rouse动力学）的分子图像。