在原子尺度，基于失效键的局部应力，定义原子键本征强度，只与局部化学环境相关，与缺陷类型、加载方式、失效键类型无关，得到了原子键断裂的统一标度。考虑外部载荷和残余应力引起的局部拉伸与键本征强度平衡原则，构建包含原子结构的统一强度理论，无需额外拟合参数，可准确描述二维材料不同缺陷失效曲面。在介观尺度，构建相场断裂与疲劳模型，揭示复杂结构材料断裂和疲劳裂纹萌生及演化机理。
层状聚集体和耐高温陶瓷在制备过程中形成复杂多级结构，跨越多个尺度，多尺度力学性能衰减机理不清，缺乏多层级微结构调控方法。基于石墨烯聚集体三层次优化设计方法，提出了高温退火调控缺陷、大片层提高结构完整性、塑化拉伸消除褶皱、层间缠结工程等策略，提高石墨烯纸性能，实现了石墨烯纸GPa量级强度及高导电、导热。
（合作老师：覃华松 副教授）
高性能材料与结构在宽温域与热—力—电多场耦合等复杂服役环境下的失效，并非单一尺度上的孤立事件，而是损伤自原子键合、界面与微结构直至宏观构型逐层起源、竞争并累积的过程。课题小组沿“损伤的跨尺度起源—多场耦合演化—服役寿命—智能设计”这一主线，结合分子动力学模拟、相场断裂模型、晶体塑性有限元与多尺度实验表征，揭示跨尺度损伤信息的传递机制及其对宏观力学响应的主导作用，阐明多场强耦合下疲劳损伤的萌生与演化规律并将其定量刻画为服役寿命，进而以物理机理为约束、以主动学习与生成式逆向设计为手段，将上述认知转化为可执行的设计规则，形成机理—预测—设计—验证的闭环，使“为何失效”的判断转变为“如何不失效”的设计能力，支撑航天推力室薄壁结构、高温合金构件与电子封装互连等关键构件的自主研制。
（合作老师：陈炎 副教授）
面向空天装备更大尺寸、更高承载效率和快速迭代的发展需求，结构设计正由单一轻量化优化转向兼顾高可靠、长寿命、制造质量与多工况约束的协同设计。纤维增强复合材料（CFRPs）因轻质、高强和可设计性强，是空天结构设计的关键材料，但其各向异性和层状堆栈特点导致力学行为与失效演化非常复杂。传统CFRPs结构研制依赖“积木式”物理试验验证体系，但存在周期长、成本高、覆盖设计空间有限等问题。为突破设计效率瓶颈，本方向结合试验表征、理论建模、数值仿真、数据驱动与大模型智能体方法，建立CFRPs空天结构自下而上的层级化智能设计框架。在材料级，揭示微细观尺度下材料的失效机理，并发展模型-数据双驱动的微结构敏感强度准则；在试样/元件级，构建开孔板、3D打印变刚度开孔板、加筋壁板、圆柱壳、连接件等典型结构的性能快速预测与优化设计方法；在组件级，考虑制造缺陷、固化残余应力和多尺度失效机制，发展结构响应、损伤场与极限强度智能预测方法；在部件级，研究气动外形、结构布局等高维参数降维，开发多学科协同的大飞机典型部件优化设计方法；最终，结合大模型和多智能体，构建设计-评价一体化智能平台，集成自然语言建模、生成式方案探索、自动仿真校核、试验/仿真数据回流与知识更新，实现CFRPs空天结构的高效、可靠、可追溯设计。
（合作老师：李玉书 助理教授）
面向航天航空及能源领域重大装备轻量化、多功能性、高可靠性等研究前沿和工程应用需求，开展超轻多孔材料与结构多功能性基础研究。致力于各种类型轻质多孔材料（孔径涵盖宏孔到纳米尺度范围）的设计、制备技术、静态力学、动态力学（疲劳、爆炸冲击等）、热学行为、声振行为和多场耦合行为研究，以及轻质多孔材料在工程的应用。
（合作老师：张钱城 研究员）
核用材料高温力学行为研究；增材制造材料与结构智能设计、制备及性能研究。
（合作老师：张志家 副教授）
面向空天装备、核能系统和高功率器件在极端环境下的材料与界面可靠性需求，原子-界面-器件理论计算小组发展具有第一性原理精度的机器学习原子间势、高效非平衡分子动力学及多尺度力学方法，研究材料与异质界面在制造和服役过程中的非平衡演化与失效机制。重点关注：辐照、氢氦、氧化腐蚀等极端环境作用下材料的缺陷演化和损伤失效机制；芯片封装互连及2D/2D、2D/3D、3D/3D异质界面的力-热-电多场耦合输运与失效；以及面向金刚石热管理和防护涂层的PVD/溅射沉积、界面形成及制造-结构-性能关系。
（合作老师：应鹏华 副教授）
面向航天、航空、核电等国家重大装备高可靠服役与智能运维需求，围绕复杂结构损伤演化机理、在役状态感知与智能评定等关键问题，开展结构健康监测与可靠性分析研究。重点研究声发射监测、现代信号处理、轻量化深度学习及可解释人工智能方法，并面向增材制造等先进结构开展力学行为表征与缺陷演化规律研究，为装备结构安全服役与智能维护提供理论方法和技术支撑。
（合作老师：黄婧 助理教授）
先进材料（含能材料、金属材料、聚合物及其复合材料等）与工程结构在复杂服役环境下的多尺度多场耦合响应行为，研究其在力、热、化学、辐照等多环境因素耦合作用下的跨尺度结构演化、性能变化、损伤累积与断裂失效机制。综合运用连续介质力学、多尺度建模、数值计算与数据驱动方法，发展数据和物理规则融合驱动的本构模型、多尺度多场耦合力学模型、多场耦合损伤和断裂模型及其高精度计算方法，并辅以实验研究与验证，为材料和结构安全评估、服役寿命预测、可控性能设计等提供理论和计算支撑。
（合作老师：潘周周 副教授）
