先进材料的力学设计与三维组装

材料是人类文明进步的基石。航空航天等高端装备的发展实践表明，新材料突破是推动装备技术革新的关键。传统材料研发遵循“材料科学引领、力学学科跟进”的模式，力学研究多限于已有材料的性能分析与验证，难以从源头创制全新材料体系。近年来，以人工智能、数字化制造为代表的新兴技术推动多学科深度交叉融合，逐步打破了受制于学科知识壁垒与技术发展水平的传统研发格局，催生出以力学为牵引、力学与制造深度协同创新的材料研发新范式。该范式通过原材料自下而上三维组装，构建跨尺度层级结构，可在不依赖原材料本征高性能的前提下，制备出综合性能优异、兼具多重矛盾属性的块体材料，性能潜力可媲美天然生物材料。相较于传统经验试错模式，该新范式以严谨力学理论为支撑，具备显著理性设计特征，可实现材料性能按需定制，大幅缩短研发周期，有效拓展材料性能边界。

课题组希望通过在先进制造与力学设计上的交叉创新，实现材料性能与功能的突破，进而为航空航天、生物医学、智能机器人等领域存在的挑战提供潜在解决方案。目前课题组主要关注异质结构材料与柔性智能材料，具体研究内容如下：

异质结构材料

（1）多材料三维组装新方法：探索多材料界面兼容、跨尺度结构一体化的新型组装策略，拓展可制造材料体系与结构复杂度边界；

（2）制造过程微结构演化机理：揭示打印/组装过程中温度场、应力场、流场、浓度场等多物理场耦合作用下，材料微观结构与宏观形貌的演化规律；

（3）多尺度力学行为预测与调控：建立从微观到宏观尺度的力学模型，实现对组装材料强度、韧性及疲劳等关键力学行为的精准预测与主动调控。

柔性智能材料

（1）柔性材料主动变形与自组装机理：探索新型驱动机理与变形响应机制，实现柔性材料复杂运动形态调控，并协同提升其承载能力、响应速度与环境稳定性；

（2）目标构型驱动的逆向设计理论与计算模型：构建兼具精度与效率的非线性大变形设计理论体系，研发适配材料特性与变形需求的计算模型，实现初始构型到目标构型的精准映射；

（3）柔性智能器件设计与精准成型：依托仿生结构与多材料集成，在主动变形平台上融合感知、驱动与先进算法，构建环境自适应、可实时交互的智能器械系统（如微型飞行器、血管支架等），支撑多场景智能装备应用。