Research Overview

应用力学方法旨在通过近似模型和数值方法有效解决工程科学中的实际应用问题，基于经验化本构关系和有限元数值模拟的应用力学模型已广泛用于预测宏观复杂结构材料的静动态响应。本小组致力于从应用力学与工程的观点研究微结构力学中的核心问题：微结构-工艺过程-性质的关联。课题组主要研究材料中的应力与变形和材料微细观结构单元耦合演化过程的关联特性，揭示材料中的各种应力驱动不稳定性起源、复杂失效机制等非线性、非平衡力学现象，深入理解材料微结构-性能关系，进而剪裁细观结构，设计高性能材料。我们拟通过借鉴凝聚态物理相变、非线性动力学等概念扩展细观力学，发展材料微结构力学模型，结合多尺度数值计算和实验验证的手段评估、预测和设计材料的微结构演化以及微结构依赖的力电磁等宏观物理性质（本构关系），以期为定量化的材料微结构设计与性能优化研究提供思路和指导。

相变与微结构演化 
相变在凝聚态物理、材料科学领域占有十分重要的地位。人们利用相变原理理解和控制材料微结构的不稳定性、演化和物性的显著变化，进而研究和开发新型材料。新材料在因相变获取优异性能而广为使用的同时，也因相结构的不稳定性带来复杂的变形行为，对其服役过程的安全性和可靠性带来不小的挑战。相场法基于密度泛函理论，采用连续变量来模拟不连续现象，通过引入场变量及其梯度分别描述相和相界面，求解场变量时空演化的系列偏微分方程，从而获得瞬时微观结构演化信息在研究材料中各种微结构变化。课题组致力于发展跨尺度相场模型，使其可以输入热力学、动力学、晶体数据库等微观结构信息，同时考虑多重热力学驱动力和多重动力学耗散过程，实现多物理场耦合、多重时间、空间和能量尺度下的微结构演化模拟。课题组进一步致力于利用相场模拟揭示新型材料包括能源材料中涉及组分扩散、缺陷运动、相变、断裂损伤等过程的微结构演化现象。

仿生结构力学 
轻质、高强高韧、高抗冲击性、智能化的仿生结构优化设计是当今理论和实验研究的热点，课题组基于跨尺度模拟提取生物材料微结构行为演化信息，揭示生物多级结构与宏观力学性能间的关系，力争建立仿生结构跨尺度力学设计模型与模拟方法，并结合3D/4D打印和实验表征，为先进高性能、智能化材料设计提供新理念、新方案。

薄膜结构力学 
发展多尺度力学模拟、理论模型和原位实验揭示典型薄膜-基底系统中的变形机制与包括屈曲、断裂和界面演化等多过程耦合的失效力学行为，进一步为优化高性能先进涂层、芯片封装、涂布工艺光学膜、莫尔超晶格、锂电池隔膜结构等设计提供力学方案。