实验室教师“工程力学”团队全面贯彻党的教育方针，坚持立德树人，倾心教书育人；敢为人先，开拓创新，甘于奉献，团结协作，在人才培养、科学研究、社会服务等方面取得显著成果，形成了一支结构合理、规划清晰、战斗力强、学术造诣深的高水平团队，2017年入选首批“全国高校黄大年式教师团队”。

•  获奖概况

 2019年度实验室研究生学位论文获奖一览表

•  研究生培养

 实验室共有4篇研究生学位论文被评为“全国优秀博士学位论文”，4篇获“全国优秀博士学位论文”提名；7篇学位论文被评为学科全国优秀博士学位论文、学会优秀博士学位。

 2019年，实验室在读硕士研究生436人、博士研究生213人，在站博士后31人；毕业硕士研究生145人、博士研究生44人，离站博士后5人；招收硕士研究生146人、博士研究生59人，进站博士后17人。

 二维原子晶体材料具有的平面层状结构和优异的物理力学性质使得其成为近些年的研究热点。大面积高质量单层石墨烯和六方氮化硼的可控生长和转移是研究其宏观性质及应用的基础。这里我们以石墨烯和六方氮化硼两种二维原子晶体材料为主，面向宏观功能应用，通过化学气相沉积方法制备大面积高质量单层石墨烯和六方氮化硼，针对其功能涂层性质、亲疏水性、多层石墨烯的气流致生电效应以及氧化锌纳米薄膜中的波动势进行了系统深入地研究，取得如下主要研究进展：

 1．单层六方氮化硼的可控生长及其抗氧化、减摩擦的涂层性质：我们系统地研究了六方氮化硼在铜孪晶上的化学气相沉积行为。发现在无氧环境下六方氮化硼倾向于在孪晶窄带上生长。引入氧可以有效抑制这种选择性，实现均匀生长。第一性原理计算揭示其原因是氧辅助下前驱物分子的脱氢能垒的降低。此外，我们发现通过化学气相沉积法生长的高质量大面积单层六方氮化硼能显著的调节基底表面的摩擦、氧化以及绝缘性能。结合六方氮化硼高的热稳定性及化学稳定性，这些优异的涂层性质使其在功能涂层材料方面具有重要应用价值。

 2．六方氮化硼和石墨烯与基底材料无关的独特润湿性能：我们研究揭示出新生长的六方氮化硼薄膜的接触角和基底材料以及六方氮化硼层数无关。第一性原理计算和范德华作用分析证实单层六方氮化硼可以有效地调节水分子和不同基底间的作用，而使得不同基底材料具有表观趋同的疏水性。暴露在空气中后，由于表面吸附空气中的有机分子，六方氮化硼和石墨烯的接触角都会单调增加，很快达到一个与基底材料无关的饱和值。这一饱和接触角对基底材料、层数以及溶液离子种类等多个因素的变化都几乎没有响应，并在长达八个月的实验跨度内保持不变，显示了其润湿统一性和稳定性。这一特殊的单原子层覆层的润湿性质具有重要的实用性。

 3．多层石墨烯的Seebeck系数与气流致生电以及氧化锌纳米薄膜的波动势：我们发现通过转移-堆叠制备的1-8层石墨烯Seebeck系数在第六层时达到最大值，是单层石墨烯的1.8倍，而其气流致生电电压在第五层达到最大值，是单层石墨烯的1.9倍。我们在石墨烯之外的材料体系中首次观察到波动势效应，发现含离子的溶液表面沿柔性透明的氧化锌纳米薄膜波动时会产生电压。氧化锌薄膜中这种感应电压会随着运动速度线性增加，开路电压可达数十毫伏，短路电流可达微安级别。此外，这种感应生电可以通过串并联有效放大。理论模拟表明氧化锌纳米薄膜较低的载流子浓度和迁移率使其和其他金属性纳米薄膜相比在收集环境能方面有着明显的优势。

 随着民用飞机需求量的与日俱增，空地循环周期的缩短使得飞机起降次数逐年增加，起落架的性能受到巨大的考验，而频发的的飞机起落架收放故障严重影响着飞机的安全性能，因此开展详细的起落架收放系统可靠性研究，对指导飞机起落架收放系统的设计工作，提高飞机收放系统的可靠性能具有重要的意义。本文以某大型客机三维收放主起落架为研究对象，对起落架的收放系统及其可靠性、锁机构性能、容差设计等方面进行了研究，主要内容如下：

 首先基于拉格朗日方程建立了起落架收放机构动力学模型，同时基于功率键合图法推导了收放液压系统动力学方程，将两者联合求解分析起落架收放动态性，并用试验结果对理论求解进行了验证。基于该模型，分析了侧风、摩擦阻力、阻尼孔、液弹、油液泄漏等关键参数对起落架收放性能的影响，分析结果可用于指导起落架收放参数设计、收放故障分析及可靠性研究。

 基于起落架收放系统的失效机理，选取收放时间与规定时间差作为可靠性功能函数。针对收放时间为隐式函数的特点，对比分析了不同代理模型可靠性分析方法的优劣，综合考虑计算精度、效率和稳定等因素选取了二次多项式响应面法，并用Monte-Carlo试验结果验证了二次响应面的计算精度。而后，综合考虑侧风、摩擦阻力、阻尼孔、液弹、油液泄漏等关键参数的均值和标准差对起落架收放系统的可靠性进行了详尽分析。

 为建立带结构间隙和装配误差的起落架收放动力学模型，引入多学科协同仿真技术。首先，基于LMS Virtual.Lab Motion多体动力学仿真平台和LMS Imagine.Lab AMESim系统仿真平台建立结合起落架收放机构动力学和液压系统动力学的联合仿真模型。为了考虑结构间隙和装配误差，采用HyperMesh /NASTRAN生成各结构件的柔性模型，建立收放机构的刚柔耦合模型，并结合阻尼特性、装配误差性能及结构间隙性能等试验数据对协同仿真模型进行了验证。而后，基于该模型分析了装配误差和结构间隙对起落架收放性能的影响，并采用结构强度干涉模型对起落架收放结构可靠性进行了分析。

 提出了采用分岔理论来分析研究锁机构性能问题，并结合过中心机构问题对锁机构临近上锁瞬间的跳跃现象（稳定状态转变的问题）进行了解释。针对起落架锁机构性能问题，首先分析了不同解锁力对起落架收放轨迹的影响，发现了五种不同的收放区间，并定义了临界解锁力和临界解锁位置两个状态变量；而后，考虑弹簧刚度、原长及安装位置三个因素对两个状态变量的影响进行了详细分析；最后在保证锁机构上锁能力的前提下，对临界解锁力进行了优化分析。研究表明，分岔理论能够快速准确地分析锁机构特征位置随结构参数的变化关系，该方法能够充分指导飞机起落架收放机构参数的初步设计。

 将R-F可靠性法引入起落架空间收放机构的容差设计中，综合考虑封闭环公差指标、装配成功率和加工成本等因素对起落架各结构件的容差进行了优化设计，解决了传统的极值法和概率法容差设计过紧的问题，同时R-F法还能够处理空间收放机构容差设计中存在的非线性尺寸链方程和非正态尺寸变量的问题。另外，针对空间机构尺寸链方程化简难的问题，提出采用代理模型法代替原非线性尺寸链方程，显著提高了容差的设计效率。而后，对比了不同代理模型法的计算结果，并分析了优劣，给出了不同代理模型法的适用范围。

 设计了阻尼孔、装配误差和结构间隙等参数对主起落架收放动力学性能的影响试验，并对试验结果进行了分析研究，结果表明节流孔的变化对收放液压系统的动态响应影响较大，装配误差对结构传载影响较大但对液压系统响应影响较小，而结构间隙对收放系统的影响则相对较小。

•  本科生培养

 实验室设有工程力学专业“钱伟长班”：将基础力学理论与实验实践教学紧密结合，本硕贯通培养，形成了特色鲜明的精英化培养模式。“钱伟长班”现任首席导师是浙江大学朱位秋院士，兰州大学周又和教授为“钱伟长讲座教授”。“钱伟长班”同学在学科知识类竞赛中优异成绩，该班90%以上毕业生进入国内外知名高校进行深造。

 2019年4月，在白俄罗斯举行的第十五届国际大学生工程力学竞赛中，由“钱伟长”班学生胡笑男、冀锦羽和“冯如”班学生刘淼组成的代表队获得佳绩。在个人赛中，胡笑男同学荣获金奖，是5位获得金奖的学生中唯一的中国学生，冀锦羽同学获得铜奖。本届国际大学生工程力学竞赛由白俄罗斯国立交通大学主办，共有来自俄罗斯、白俄罗斯、波兰、乌克兰、土库曼斯坦、中国的40多所知名大学（包括莫斯科国立鲍曼技术大学、喀山国立大学、莫斯科物理技术学院、白俄罗斯国立大学，国内西北工业大学、东南大学、华中科技大学、兰州大学、河海大学、大连理工大学和南航）参加，个人赛有140多名选手，“头脑风暴”团队赛共有48支队伍参赛。此外，根据代表队三名同学的成绩总和设团体奖。

 第十五届国际大学生工程力学竞赛（2019年4月）

 在第十二届全国周培源大学生力学竞赛个人赛中，廖紫默同学和董旭歌同学分别以全国第一名和第三名的成绩，荣获个人赛特等奖（全国个人赛特等奖共5名）。在第十二届全国周培源大学生力学竞赛“理论设计与操作”团体赛中，南航参赛队5

 同学（廖紫默、董旭歌、焦重熙、聂连瑞、朱航标）发挥团队创造力和协作精神，荣获大赛唯一的特等奖。取得南航和江苏高校历史最好成绩。本届团体赛受教育部高等教育司委托，由教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会、中国力学学会和周培源基金会共同主办。根据个人赛成绩，组委会遴选了北京大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、大连理工大学等45所高校代表队参加。

 第十二届全国周培源大学生力学竞赛（2019年8月）

 “工程力学钱伟长班”培养方案研讨会（2019年11月29日）

 实验室积极参加航空学院组织的“工程力学钱伟长班”培养方案研讨。2019年11月29日，来自北京理工大学、北京工业大学、中国航天科技集团第八研究院、华南理工大学、天津大学、苏州大学、北京大学、北京航空航天大学、吉林大学、清华大学、中国科学院自动化研究所、中国国际核聚变能源计划执行中心等单位17位专家参加研讨会，会议成立了以胡海岩院士为组长的专家组，对工程力学钱伟长班培养方案进行研讨。会议由院长高存法教授主持，副院长魏小辉教授介绍了“工程力学钱伟长班”培养方案修订的具体修订内容和下一步修订计划。专家们充分肯定了南航工程力学专业人才培养成效，建议在培养方案修订过程中以学生为中心，充分调动学生学习积极性和主动性；在流体力学、固体力学和动力学等主干课程中增加航空航天案例。专家组的建议为学院修订“工程力学钱伟长班”培养方案，适应国家在航空航天等领域对力学专业创新实践型拔尖人才的迫切需求提供了重要的指导。

 胡海岩院士给大一学生授课（2019年5月27日）

 在学生培养过程中，院士和著名学者进班会与学生话成长。例如：中国科学院院士胡海岩教授走进课堂，为南航工程力学专业大一全体学生讲授了工程力学专业导论课。胡院士通过许多生动具体的实例解答了力学在高等工程教育中的地位、力学对现代科学技术的推动作用等同学们密切关注的问题，对力学的主要学科分支、力学的基本研究方法、力学在中国的发展等问题进行了阐述。胡院士着重向同学们介绍了力学的重要分支—动力学问题的研究对象和主要研究领域，还向同学们介绍了当前动力学与控制研究领域的若干前沿性与挑战性问题。在课堂上，胡院士深入浅出，将深奥的力学研究内容以图文并茂的形式进行讲述，给同学们留下了深刻的印象，也极大激发了同学们学习力学的热情。

 钱伟长讲座教授、兰州大学周又和教授为一年级学生题为“极低温使役环境下超导材料及磁体结构的力学行为研究”的学术报告。报告主要介绍了周又和教授研究团队对超导材料及磁体在极低温使役环境下的电-磁-热-力多场相互作用下所导致的非线性力学变形、变形对超导性能退化的机理、对磁场特性的影响和“失超”的应变检测新途径等所开展的理论预测研究、实验测量研究和全背景场实验测量装置研制。相关成果在创建超导材料力学的同时，也为我国研制的新型超导材料性能表征和强场超导磁体（5T）的研制设计提供了基础性支撑，实现了我国超导磁体研制的自主设计从“0”到“1”的关键性转变。周又和教授渊博的知识和谦逊的作风给与会师生震撼，与会师生对周又和教授的研究表现出非常大的兴趣，现场进行了热烈的交流。

 周又和教授做主题报告（2019年12月2日）

 2019年，南航航空学院推行本科生“专业移动课堂”，作为坚持立德树人根本任务，挖掘专业学科育人价值，依托专业教育对学生进行思想教育和价值引领的重要举措，旨在搭建系所教师与学生面对面交流、近距离沟通的平台，通过教师的现身说法，加强学生对学院发展历史的认知，以专业介绍为载体开展专业学习指导，提升专业学习热情，营造浓厚学习氛围，强化学生专业归属感和认同感教育，培养学生航空报国的情怀。实验室以实际行动支持这一活动。

 实验室智能材料与结构学术部是“专业移动课堂”的第一站。4月28日，长江学者、智能所所长袁慎芳教授，副院长钱征华教授、50余位教师和本科生代表参加此次活动。袁慎芳教授从智能所的发展历史和现状出发，谈到智能所研究方向体现多学科交叉的特点。袁慎芳教授鼓励同学们在学习生活中自律自强，做自己人生的主人，珍惜宝贵的学习时光，不负青春年华，努力拼搏奋斗，为今后研究生阶段的学习和职业生涯发展打下坚实的基础。

“专业移动课堂”走进微纳系统力学学术部

 “专业移动课堂”走进智能材料与结构学术部和振动利用与精密驱动学术部

 5月8日，“专业移动课堂”第二站-走进微纳系统力学学术部，中国科学院院士、纳米科学研究所所长郭万林教授为2016级工程力学专业学生和飞行器设计与工程专业学生代表带来题为“学研相彰，薪火相传-教育、科研的体会和期盼”的报告。郭宇锋教授、张助华教授等教师代表参加此次活动。郭万林院士结合自己的求学之路和成长经历，旁征博引，深入浅出地讲述了力学的发展进程，分享了力学专业之美，并向同学们展示了力学的发展趋势。

 5月13日，“专业移动课堂”在振动利用与精密驱动学术部圆满举办，50余位学生走进实验室，深度体验精密驱动所的实验环境和研究成果。精密驱动与控制研究所所长吴大伟教授等向同学们介绍了最新研究成果。在赵淳生院士带领下，经过数十年发展，拥有丰富的平台资源，取得了丰硕的研究成果并应用于我国多项重大工程项目。吴大伟教授还为同学们介绍了研究所的师资队伍与多种研究方向所对应的应用领域，让同学们对研究所有了进一步的认识。

2019年，实验室研究人员开设本科生课程86门，研究生课程73门。