基础研究部分：

1. 研究背景：

（1）薄膜力学（2005～ ）

   微电子器件和微纳机械电子系统（MEMS/NEMS）中使用的各类薄膜、管/线、岛/点状材料与结构的强度问题，包括界面强度、疲劳、蠕变、断裂等。这些微小材料与结构的特征尺寸处于微纳米量级，相关的实验测试与数值模拟研究极具挑战性。

（2）涂层力学（2007～）

    热障涂层材料（Thermal Barrier Coatings, 缩写TBC）表面防护技术广泛应用于制作重型燃气轮机叶片。涂层材料对于保障叶片材料及其结构的机械强度非常关键，也可提高其使用可靠性与服役寿命。在实际制造和使用中发现，热障涂层材料强度性能普遍较差，容易发生破坏，研究热障涂层的力学特性非常重要。通常TBC破坏形式表现为层裂（spallation）破坏和界面剥离/分层(delamination) 破坏。即限制涂层使用的主要制约因素为涂层结合强度。本课题组近年来侧重探讨了热障涂层材料强度特性的两个基础性科学问题：1）测试热障涂层结合强度的实验与表征方法；2）关键界面Ni/Al2O3在拉伸、剪切以及混合加载条件下的界面基础强度和断裂特征。

（3）微纳单晶金属材料的塑性特性测试、描述以及塑性本构模型化（2010～；2017～ ）：微尺度塑性本构关系，二阶功塑性新理论体系

   微纳米尺寸的单晶金属柱体（Ni,Al,Cu等）的单轴压缩响应具有许多特异行为，诸如屈服强度升高、锯齿形塑性流动阶段、应变突变现象、随机性等，目前的连续塑性理论无法对其进行描述，亟待发展建立相应的理论模型和数学关系式。

（4）金属塑性本构模型研究（2012～）：基于物理变形机制的塑性本构关系（2016～）

   基于材料变形的微观物理机制和实验结果，发展适用于大规模数值模拟的合金材料本构模型，对其变形行为给出高精度预测。

（5）复合材料力学特性和行为研究(2015～)：聚合物基复合材料的粘弹性本构模型（2019～）

    航天器结构中大量使用先进复合材料，太空在轨服役条件下，这些复合材料结构可能经受力学性能变化，其服役安全性和可靠性均为重要关切。

（6）辐照前后GaN材料塑性变形、摩擦与磨损行为的再研究（2018～）（2021～）

    GaN半导体材料极具商业价值，亦被用于我国战略武器中固态高压和高频微波器件研制。该类器件光电性能的功能发挥同时受制于GaN材料的力学行为。虽然前期已有大量的研究积累，但仍然存在许多重要疑点和矛盾之处。本项目拟采用量子力学第一性原理计算和分子动力学模拟方法，对辐照条件下典型掺杂GaN材料的弹塑性变形、摩擦与磨损等三类力学行为开展再研究，特别是经受低剂量辐照作用下GaN材料的塑性变形机制、摩擦特性与磨损机制及其变化情况，分析掺杂元素、辐照损伤对GaN材料关键力学性能、弹塑性变形、摩擦与磨损破坏行为的影响规律，以深入理解典型服役工况和辐照条件下GaN材料的弹塑性变形机理、关键力学特性、以及摩擦与磨损特性等。本项目着眼于支撑相关武器整装长时储存和高可靠性服役要求，旨在对与此密切相关的GaN材料三类力学行为开展系统研究，以期获得更加深入准确的科学认识，促进该类器件应用研制。

关于微纳米材料与结构强度特性和力学行为，主要开展以下工作:

2. 实验测试研究：试验测试方法、力学分析评价和数值模拟研究；

3. 力学模型和分析方法研究；

4. 本构模型研究；

5. 数值模拟研究：开展有限元计算、分子动力学模拟 (molecular dynamics simulation)、离散位错动力学计算（discrete dislocation dynamics）、量子力学第一原理计算 (first-principle calculation) 等数值分析，研究小尺度材料及其结构的力学特性、多物理特性等。

6.细观力学分析；

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应用研究部分：

 主要涉及复合材料与结构的力学分析；金属材料、电站与石油机械零部件的应力分析、强度特性、结合/连接特性、有关的材料力学问题和强度问题等，具体包括:

1. 航天器结构应力计算、力学性能测试、蠕变特性测试与分析、刚度与强度分析、失效分析（2009-至今）

2. 通信与电子设备中的力学问题（2012-）：铝合金部件；

3. 发电厂金属材料和部件的强度（1996-）：蒸汽管道、锅炉汽包、高温联箱等；

4. 石油机械强度与安全（1994-）：吊杆、吊卡、油管等；

5. 结构安全性评定（1996-）：钢架、支吊架等；

6.金属蠕变与应力松弛行为 （2022-）：轻质合金部件、马氏体时效钢部件；