“多尺度力学研究组”以理论分析与本构建模、数值计算与仿真模拟、力性测试与结构表征、数据分析与人工智能等研究手段相结合，从不同物理层次认识材料的力学行为。在前沿研究方面，探索材料变形的物理机理，建立描述材料力学行为的本构模型、指导高强高韧材料基于微结构的设计和力性调控；在工程应用方面，致力于解决装备制造领域中的材料安全服役等重大需求。

1.梯度纳米结构材料的多尺度力学

材料强度-韧性的“倒置”关系是制约其工程应用的主要瓶颈。梯度纳米晶粒/孪晶材料通过孪晶界和微结构梯度构筑实现了强韧兼顾。多尺度材料力学课题组针对梯度纳米晶粒/孪晶材料“本构关系”和“微结构优化设计”研究方面的不足，旨在通过“自下而上”的多尺度本构建模方法，基于分子动力学模拟、离散位错动力学模拟揭示材料微结构动态演化，进而建立综合反梯度纳米晶粒/孪晶材料各向异性、非均匀性、多尺度特征的应变梯度晶体塑性本构理论及其有限元实现框架，最终揭示材料微结构、变形机理与宏观力学行为关联，并在此基础上探索梯度纳米晶粒/孪晶材料的微结构调控，以提高其力学性能。相关研究不仅有助于丰富材料本构理论的多尺度描述，还可以为高性能梯度纳米晶粒/孪晶材料的微结构调控、性能优化和工程服役提供理论参考，具有重要的科学意义和广阔的工程应用前景。

梯度纳米结构多尺度力学

2.高熵合金的多机制塑性力学

高熵合金跳出了传统合金的设计理念，自从2004年首次被报道后，高熵合金就因为拥有高强度、高耐磨、耐腐蚀性、耐低温等一些传统合金无法比拟的优异性能，而成为材料科学以及物理领域一大研究热点和前沿，被各界人士广泛关注以及研究，被誉为目前最有潜力的“5大材料之一”。多尺度材料力学课题组致力于通过宏微观实验、多尺度模拟和本构理论系统研究高熵合金的塑性变形机理与力学性能之间的关联，进而通过多尺度分析的方法建立描述高熵合金材料变形机理的本构模型，量化多种强化机制对梯度纳米结构高熵合金变形行为的影响，最终为高强高韧高熵合金的设计提供理论指导。

3.航空航天与轨道交通中的力学

航空发动机叶片疲劳断裂和磨损，严重影响装备的安全性、可靠性和使用寿命。我国无论是引进的还是国产的航空发动机，都曾因部件疲劳断裂引起过严重飞行事故和大面积停飞。激光冲击强化技术可在钛合金叶片表面制备梯度纳米结构，引入残余压应力以提高其疲劳性能。多尺度材料力学研究组围绕 “钛合金叶片激光冲击梯度纳米结构跨尺度力学行为及疲劳寿命预测”开展研究，预期在钛合金叶片激光冲击梯度纳米结构跨尺度本构模型、考虑服役应力场和应变梯度效应的疲劳寿命模型研究方面有所突破，进一步提升钛合金强韧性和抗疲劳性能；建立钛合金叶片疲劳寿命预测模型，为现役航空发动机钛合金叶片激光冲击强化技术工程应用提供理论基础，进一步指导钛合金激光冲击强化的微结构优化设计。 

                      轮轨接触中疲劳与断裂力学（马普钢铁所）                           激光冲击强化TC4合金叶片