【基金標書】2010cb832700-復雜裝備研發(fā)數(shù)字化工具中的計算力學和多場耦合若干前沿問題

1、項目名稱： 復雜裝備研發(fā)數(shù)字化工具中的計算力學 復雜裝備研發(fā)數(shù)字化工具中的計算力學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家： 張洪武 張洪武 大連理工大學 大連理工大學起止年限： 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 科學問題 問題之二：材料與 之二：材料與結構熱力耦合非 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計 設計

2、中的關 中的關鍵算法 算法材料與結構一體化的熱、力耦合多尺度模型與算法研究是力學、數(shù)學、物理學與材料科學多學科交叉的前沿領域，也是重大裝備研發(fā)中需要著重解決的基礎科學問題。材料與結構在裂紋、空洞、夾雜、纖維取向、基體分布形態(tài)等方面具有內在的不確定性，其損傷和破壞還表現(xiàn)為復雜的熱力耦合非線性多尺度力學行為。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、機制，發(fā)展材料與結構一體化的宏-細-微觀耦合的多尺度模型與算法，特別是針對高強度鋼板溫熱成形中熱、力耦合等問題，提出可靠的時-空多尺度模型與算法，具有重要理論與實際意義。其中，必須解決的關鍵科學問題有：(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鍵科學問題；(3)熱、力時-空多尺度耦合模型與算法。解決上述問題的科學意義和本質困難主要體現(xiàn)在兩個方面：其一是現(xiàn)行的分子動力學模擬、細觀力學模型和均勻化方法

4、大都基于周期性（或周期性逼近）和確定性假設，尚缺乏考慮不確定性的多尺度模型和快速實用的算法；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的線性問題要困難得多，同時尺度間隙和跨尺度連接涉及微/細/宏觀不同尺度間數(shù)學物理模型的聯(lián)系與差別等基本問題，是提出可靠的宏/細/微觀關聯(lián)模式的前提和難點。為此設定以下研究課題：1）材料與 ）材料與結構一體化的 構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容包括：a）熱、

5、力時-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鍵科學問題。具體內容：考慮不確定性，發(fā)展材料與結構熱力耦合力學行為的多尺度統(tǒng)計模型與算法，研究材料微結構演化與宏觀物性的本質關聯(lián)，揭示材料與結構微/細觀、宏/細觀熱力耦合機理；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科學問題。針對典型的復合材料與結構發(fā)展跨尺度連接模型與時空多尺度算法，針對高強度鋼板等典型材料與結

6、構的熱力耦合行為，將數(shù)值模擬和物理實驗結合建立和發(fā)展非線性多尺度本構模型、計算方法和計算軟件，提出非線性多尺度損傷、破壞模型和強度判據(jù)?？茖W 科學問題 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構與多學科 構與多學科優(yōu)化方法 化方法高技術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械荷載與熱、電、磁、聲等多場耦合效應的重要性日益凸顯，其結構設計也相應對極