材料纳米力学行为的连续与准连续表征理论和方法研究

材料的纳米力学行为受到广泛关注，但到目前为至，一些基本问题仍不清楚。例如：究竟采用何种力学理论才能有效地表征纳米力学行为？哪些参量是纳米材料力学性能的代表性的可测参量？等等，解决这些问题，对进一步建立纳米材料力学性能的评价标准以及促进其广泛应用具有极其重要的意义。为此，特提出开展材料纳米力学行为的连续与准连续表征理论和方法研究的重点项目，主要包括三项内容：计及表面效应及体效应的连续介质尺度理论研究；分子集团统计准连续理论和方法研究；低维材料的Cauchy-Born法则及最优失稳准则研究。通过该项目的实施，力图建立有效的表征材料纳米力学行为的同时计及表面效应及体效应的连续介质尺度理论，进一步提炼出可有效表征材料纳米力学行为的普适材料参量，探讨纳米力学行为的测量原理和方法。通过对不同类的材料纳米力学性能进行标定，为进一步建立纳米材料力学性能评价及设计标准提供基础。

四年来，通过重点项目的实施，取得了如下突出成果：.（1）建立了连续介质尺度理论的框架；通过采用球体膨胀模型和纳米板拉压模型，将连续介质尺度理论预测结果与Cauchy-Born法则方法预测结果进行能量密度等效，获得了大量的金属材料系列和陶瓷材料系列的特征尺度值以及表界面能密度值，为进一步地系统性地认识材料的跨尺度力学行为提供新的资料。.（2）发展了高效高精度的分子集团统计准连续方法，模拟出了系列纳米材料及结构的强度及破坏特征的新结果。由于基于发展的准连续方法编制的计算程序在计算效率上比分子动力学方法提高了至少一个量级，由此模拟出了较分子动力学方法更大规模的材料强度及破坏特征结果（Bottom-Up Solution），从而有望与微尺度实验结果（Top-Down Solution）实现关联。.（3）研究了离散模拟（分子动力学模拟）与准连续模拟链接区产生“鬼力”的机制以及建立了消除“鬼力”和获得优化稳定解的机理。从而有望提出严格的更有效的准连续方法以及多尺度模拟方法，为实现连续介质尺度理论与有效准连续方法的关联提供严格的数学物理基础。.四年来围绕相关研究工作共发表学术论文56篇，其中SCI论文48篇；在此期间，有一项相关研究成果获国家自然科学奖二等奖；开展了大量的国际学术交流，国际国内学术会议邀请报告38次；举办了6次国际学术研讨会；有一位博士生的博士学位论文获全国百篇优秀论文提名奖。