【基金標(biāo)書】2010cb832700-復(fù)雜裝備研發(fā)數(shù)字化工具中的計(jì)算力學(xué)和多場耦合若干前沿問題

1、項(xiàng)目名稱： 復(fù)雜裝備研發(fā)數(shù)字化工具中的計(jì)算力學(xué) 復(fù)雜裝備研發(fā)數(shù)字化工具中的計(jì)算力學(xué)和多場耦合若干前沿問題 和多場耦合若干前沿問題首席科學(xué)家： 張洪武 張洪武 大連理工大學(xué) 大連理工大學(xué)起止年限： 2010 2010 年 1 月-2014 -2014 年 8 月依托部門： 教育部 教育部 遼寧省科技廳 遼寧省科技廳科學(xué) 科學(xué)問題 問題之二：材料與 之二：材料與結(jié)構(gòu)熱力耦合非 力耦合非線性多尺度模型及一體化 性多尺度模型及一體化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)

2、中的關(guān) 中的關(guān)鍵算法 算法材料與結(jié)構(gòu)一體化的熱、力耦合多尺度模型與算法研究是力學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)與材料科學(xué)多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，也是重大裝備研發(fā)中需要著重解決的基礎(chǔ)科學(xué)問題。材料與結(jié)構(gòu)在裂紋、空洞、夾雜、纖維取向、基體分布形態(tài)等方面具有內(nèi)在的不確定性，其損傷和破壞還表現(xiàn)為復(fù)雜的熱力耦合非線性多尺度力學(xué)行為。尺度間隙和跨尺度連接，涉及微-介-宏觀不同尺度間數(shù)學(xué)物理模型的聯(lián)系與差別等基本問題，建立微/納米尺度的熱、力模型，揭示熱、力耦合的物理

3、機(jī)制，發(fā)展材料與結(jié)構(gòu)一體化的宏-細(xì)-微觀耦合的多尺度模型與算法，特別是針對高強(qiáng)度鋼板溫?zé)岢尚沃袩?、力耦合等問題，提出可靠的時(shí)-空多尺度模型與算法，具有重要理論與實(shí)際意義。其中，必須解決的關(guān)鍵科學(xué)問題有：(1)考慮材料不確定性和非線性的多尺度模型與算法；(2)尺度間隙與跨尺度連接中的關(guān)鍵科學(xué)問題；(3)熱、力時(shí)-空多尺度耦合模型與算法。解決上述問題的科學(xué)意義和本質(zhì)困難主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是現(xiàn)行的分子動力學(xué)模擬、細(xì)觀力學(xué)模型和均勻化方法

4、大都基于周期性（或周期性逼近）和確定性假設(shè)，尚缺乏考慮不確定性的多尺度模型和快速實(shí)用的算法；其二是發(fā)展熱、力耦合的非線性多尺度模型與算法比研究相應(yīng)的線性問題要困難得多，同時(shí)尺度間隙和跨尺度連接涉及微/細(xì)/宏觀不同尺度間數(shù)學(xué)物理模型的聯(lián)系與差別等基本問題，是提出可靠的宏/細(xì)/微觀關(guān)聯(lián)模式的前提和難點(diǎn)。為此設(shè)定以下研究課題：1）材料與 ）材料與結(jié)構(gòu)一體化的 構(gòu)一體化的熱力耦合多尺度模型與算法 力耦合多尺度模型與算法主要研究內(nèi)容包括：a）熱、

5、力時(shí)-空多尺度耦合模型與算法；b）考慮不確定性和非線性的多尺度模型與算法；c）尺度間隙與跨尺度連接中的關(guān)鍵科學(xué)問題。具體內(nèi)容：考慮不確定性，發(fā)展材料與結(jié)構(gòu)熱力耦合力學(xué)行為的多尺度統(tǒng)計(jì)模型與算法，研究材料微結(jié)構(gòu)演化與宏觀物性的本質(zhì)關(guān)聯(lián)，揭示材料與結(jié)構(gòu)微/細(xì)觀、宏/細(xì)觀熱力耦合機(jī)理；發(fā)展材料非線性的傳遞模型與算法，研究尺度間隙和尺度不變性等基礎(chǔ)科學(xué)問題。針對典型的復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)發(fā)展跨尺度連接模型與時(shí)空多尺度算法，針對高強(qiáng)度鋼板等典型材料與結(jié)

6、構(gòu)的熱力耦合行為，將數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合建立和發(fā)展非線性多尺度本構(gòu)模型、計(jì)算方法和計(jì)算軟件，提出非線性多尺度損傷、破壞模型和強(qiáng)度判據(jù)?？茖W(xué) 科學(xué)問題 問題之三：考 之三：考慮不確定性和多功能的 不確定性和多功能的結(jié)構(gòu)與多學(xué)科 構(gòu)與多學(xué)科優(yōu)化方法 化方法高技術(shù)裝備與特種裝備的制造加工、日常服役和異常事故過程中，服役環(huán)境、材料性能、制造裝配誤差等不確定性的影響以及機(jī)械荷載與熱、電、磁、聲等多場耦合效應(yīng)的重要性日益凸顯，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也相應(yīng)對極