《多層梯度多場耦合納米複合材料的性能分析及最佳化設計》是依託鄭州大學，由潘爾年擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多層梯度多場耦合納米複合材料的性能分析及最佳化設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：潘爾年
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了最佳化設計多場（磁場、電場和彈性場）耦合納米複合材料的性能，本項目提出利用功能梯度（FG）界面來代替原多層複合材料中的不連續界面。在處理多層複合材料層間參數不匹配方面，梯度材料是相當有效的，而且能顯著增強納米複合材料的某些性能。該項目擬完成以下三個任務：1、首先利用分子動力學(MD)研究梯度界面與缺陷的相互作用及其對材料性能的影響；2、然後推導多層梯度多場耦合納米複合材料中的各類缺陷格林函式 (Green's functions)並研究缺陷之間以及與梯度界面的相互作用；3、最後利用遺傳算法（GA）來實現多層梯度多場耦合納米複合材料的最佳化設計。此項研究的最終目的在於引入梯度界面, 結合跨尺度分析模擬來設計最佳化此類複合材料的強度和韌性等性能。
結題摘要
由壓電相(PE)和壓磁相(PM)複合而形成的多鐵複合材料具有特殊的多場（力－電－磁）耦合效果，特別是磁電效應，比單相材料高若干個數量級，這種效應為這一類複合材料的工程套用提供了廣闊的前景。採用梯度界面可以解決這一類材料複合時界面特性不匹配的問題，使得材料的綜合性能更加優良，同時也出現了一些需要深入研究的課題。 本項目以多層梯度多場耦合納米複合材料為研究對象，主要完成了以下工作：(1)提出了基於格林函式和擴展位移不連續方法的多場耦合材料裂紋缺陷分析方法，並對不同類型的缺陷進行了研究；(2)研究了位錯和夾雜對層狀多場耦合結構中物理場的影響；(3)多層梯度多場耦合納米複合材料的性質分析；(4)利用三維向量函式方法，給出了多場耦合層狀球結構物理場的求解方法等。本研究利用分子動力學理論對梯度界面特性進行分析，利用二維和三維格林函式對材料的缺陷進行預測，利用最佳化算法對複合材料的相關參數進行設計，為納米複合材料結構的設計提供了理論基礎。
