结构动力学与控制研究方向

       针对航空、航天、国防武器装备等涉及到的机械结构和系统，从理论分析、数值计算、实验验证、系统集成等方面深入开展了结构动力学及控制研究，取得重要进展。一是在多柔体系统动力学研究中，建立了基于绝对节点描述的曲梁单元和薄膜单元，成功模拟了太阳帆航天器的自旋展开动力学。相关研究作为2013年第六届亚洲多体系统动力学大会的邀请报告，获得国内外同行专家的高度评价；二是提出了内埋武器弹舱结构的超高速气流分布的分析方法，解决了多年来复杂气流分布计算的难题，实现了对分布动载荷的准确识别；三是提出了一套先进飞行器结构动力学快速、准确建模与响应试验的仿真方法，有效提高了复杂结构动力学建模精度与速度；四是提出了可变体飞行器结构参数化气动弹性稳定性分析及自适应控制方法，实现了飞机结构与气动的参数化，大大提高了可变体飞机结构稳定性的分析效率与裕度。五是创建了我国第一套绳系卫星地面模拟实验系统，成功实现了绳系卫星释放和回收的地面控制实验，为我国绳系释放和回收技术的发展奠定了基础。

       机械结构强度研究方向

       以飞行器所需的先进材料和特殊结构为主要对象，针对复杂载荷环境下智能材料、轻质复合材料及其飞行器关键结构等展开了基础理论和应用技术研究。主要研究进展：一是发展了铁电材料失效理论：系统地研究了在电磁载荷作用下铁电材料的断裂行为，建立了裂纹内的电磁场与外载、裂纹变形以及裂纹附近微结构演化之间的关系；考察了裂纹附近电畴演变及材料电致伸缩效应对裂纹扩展能量释放率和应力强度因子的影响，研究成果受到同行关注；二是丰富了三维断裂力学理论及其应用：首次获得三维应力约束下蠕变裂纹端部应力应变场的解析解，提出了三维蠕变裂端场的双参数和三参数描述体系；建立了三维复合型裂纹和三维弹塑性裂纹的双参数和三参数描述体系和断裂准则，为现代空天结构损伤容限分析奠定了先进的理论基础；基于应力约束等效原则建立起三维裂纹前沿线上任一点的等效厚度概念，并将其应用到三维构件的断裂和疲劳裂纹扩展的模拟中，取得了与试验结果相吻合的模拟结果；三是参与国家“嫦娥三号”探测器着陆缓冲分系统研制重大专项，解决了着陆器缓冲材料冲击模拟问题、月壤力学性能模拟问题、月面着陆地形模拟问题，有效指导了型号样机的研制及优化，助力“嫦娥三号”平稳登月；四是在低成本高减重复合材料结构综合强度设计理论、分析方法与验证技术研究领域取得新进展：提出了一套科学的工程上可行的复合材料结构静力、耐久性、损伤容限一体化设计理论及试验方法，指出目前设计思想的保守性和局限性，提出了将冲击损伤引入结构分析、提高设计许用值的崭新思想，成果应用于多个国家重要型号工程及预研项目等。

       振动利用和精密驱动研究方向

       通过对超声电机高性能功能材料、高效励振结构、高精度驱动控制方法以及物理场数理模型的研究，获得了高稳定性高精度超声电机的设计方法，并为非常环境下服役的超声电机的设计和应用提供了一些有效的理论分析手段；以大行程、高精度和快响应为目标，对直线超声电机的动力学、优化设计理论、定子设计关键技术和驱动控制系统软硬件优化等开展了研究，并取得了突破；提出了直线超声电机的定动子接触动力学，为摩擦界面的优化设计、瞬态和稳态机械特性的预测及改进，提供了理论基础；研制成功居里点高于650°C的高温压电陶瓷元件、复杂形状如碗状的多电极压电陶瓷研究以及无白金全银内电极多层压电元件，这些压电元件的性能指标均已达到国际同类元件的水平。赵淳生院士团队研制的红外光谱仪超声电机定转子在“嫦娥三号”任务中，指标精度满足要求，为“嫦娥三号”落月巡视任务的顺利完成做出了贡献。这是超声电机第一次成功尝试在航天工程上。

       在国际上首次实现了纳米尺度物体的超声操控，其功能包括单根纳米线的接触式三维操控和非接触式二维操控、纳米尺度物体的受控聚集等，和其它操控方法相比，具有对被操控样品的材料无选择性、对样品的热损害小等优点；发现了振动节点周围的旋转行波、初步找到了其发生条件，并成功将其应用于微颗粒的旋转驱动。

       微纳系统力学研究方向

       面向航空航天和微纳系统发展需求，基于纳尺度多场耦合的纳智能系统概念，针对微纳尺度力-电-磁-热-流耦合，开展基于量子力学、连续体力学和材料物理的纳尺度物理力学理论、大规模计算模拟与实验研究，在纳器件原理与设计、能量转换、能量耗散、驱动原理的纳米技术研究方面取得了一系列重要的科学发现：一是发现石墨烯流致生电新原理并制备了石墨烯流致生电宏观器件；澄清了石墨烯在液体中流致发电研究的误区；二是发现了氮化硼纳米结构从绝缘体到半导体的转变，提出了氟化氮化硼、立方氮化硼纳米薄膜的磁电调制方法，研制了一种具有超低介电常数的超轻、超弹、超热稳定性三维氮化硼泡沫，为轻质耐高温功能器件构建提供了新的载体；三是深入揭示了不同基底上石墨烯纳米带的线性-非线性磁电效应的转变，设计了多种新型自旋信息器件结构；发现氧化锌等II-VI族光电半导体纳米结构的机-光-电耦合和应变梯度效应，证实了应变梯度与带隙之间的线性关系；四是发现二硫化钼单层材料在电子束作用下，会自发相变形成尺寸均一、高强韧、半导体性、仅0.35纳米宽的四硫化五钼纳米带，突破了光刻、电子束刻蚀等自上而下制备纳米结构10纳米的极限，将自上而下的纳米制造技术拓展到亚纳米尺度。

       智能材料与结构研究方向

       以智能结构在飞行器上的应用为牵引，研究飞行器智能结构系统的功能材料与器件、结构健康监测、振动噪声控制、自适应变体结构等技术中的关键科学问题，取得了一系列成果：一是在功能材料与器件方面，系统研究了PNN-PZT系列压电陶瓷材料的烧结工艺、掺杂、组分与性能之间关系，开发出以PFNN-PZT为代表的高压电性能材料（d33>1000 pC/N, kp>70%），开发出压电功能梯度驱动器、压电纤维复合材料、等多种功能器件和新材料，提出了压电智能夹层传感器的可靠性封装方法，为压电功能器件的实用化奠定了基础；二是在结构健康监测方面，提出了基于含金属芯压电纤维花形结构健康监测新方法，实现了结构监测用智能无线传感器网络系统，成功研发系列压电结构健康监测集成扫查系统，解决了结构健康监测技术面向工程化应用中的多项难题；三是在结构减振降噪方面，提出了多种半主动振动控制新方法，解决了压电元件在半主动振动控制上得以应用的多项关键技术；提出了多种有效传感与驱动策略，以及电路拓扑方案，通过对系统进行优化，显著提高了控制效果，并在大型壁板结构中进行了功能验证；四是在自适应结构方面，提出了可变弯度机翼后缘结构的设计、折叠翼飞行器变形机构设计、新型柔性蒙皮结构设计与制作方法，为自适应机翼、可变体飞行器的设计提供了一定借鉴。