材料納米力學行為的連續與準連續表征理論和方法研究

《材料納米力學行為的連續與準連續表征理論和方法研究》是依託中國科學院力學研究所，由魏悅廣擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：材料納米力學行為的連續與準連續表征理論和方法研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：魏悅廣
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

材料的納米力學行為受到廣泛關注，但到目前為至，一些基本問題仍不清楚。例如：究竟採用何種力學理論才能有效地表征納米力學行為？哪些參量是納米材料力學性能的代表性的可測參量？等等，解決這些問題，對進一步建立納米材料力學性能的評價標準以及促進其廣泛套用具有極其重要的意義。為此，特提出開展材料納米力學行為的連續與準連續表征理論和方法研究的重點項目，主要包括三項內容：計及表面效應及體效應的連續介質尺度理論研究；分子集團統計準連續理論和方法研究；低維材料的Cauchy-Born法則及最優失穩準則研究。通過該項目的實施，力圖建立有效的表征材料納米力學行為的同時計及表面效應及體效應的連續介質尺度理論，進一步提煉出可有效表征材料納米力學行為的普適材料參量，探討納米力學行為的測量原理和方法。通過對不同類的材料納米力學性能進行標定，為進一步建立納米材料力學性能評價及設計標準提供基礎。

結題摘要

四年來，通過重點項目的實施，取得了如下突出成果： （1）建立了連續介質尺度理論的框架；通過採用球體膨脹模型和納米板拉壓模型，將連續介質尺度理論預測結果與Cauchy-Born法則方法預測結果進行能量密度等效，獲得了大量的金屬材料系列和陶瓷材料系列的特徵尺度值以及表界面能密度值，為進一步地系統性地認識材料的跨尺度力學行為提供新的資料。 （2）發展了高效高精度的分子集團統計準連續方法，模擬出了系列納米材料及結構的強度及破壞特徵的新結果。由於基於發展的準連續方法編制的計算程式在計算效率上比分子動力學方法提高了至少一個量級，由此模擬出了較分子動力學方法更大規模的材料強度及破壞特徵結果（Bottom-Up Solution），從而有望與微尺度實驗結果（Top-Down Solution）實現關聯。 （3）研究了離散模擬（分子動力學模擬）與準連續模擬連結區產生“鬼力”的機制以及建立了消除“鬼力”和獲得最佳化穩定解的機理。從而有望提出嚴格的更有效的準連續方法以及多尺度模擬方法，為實現連續介質尺度理論與有效準連續方法的關聯提供嚴格的數學物理基礎。 四年來圍繞相關研究工作共發表學術論文56篇，其中SCI論文48篇；在此期間，有一項相關研究成果獲國家自然科學獎二等獎；開展了大量的國際學術交流，國際國內學術會議邀請報告38次；舉辦了6次國際學術研討會；有一位博士生的博士學位論文獲全國百篇優秀論文提名獎。