结构动力学与控制研究方向

针对先进飞行器结构及绳系卫星等具有发展前景的航天飞行器，从理论分析、数值计算、设计与实现等方面研究了复杂动力学快速准确建模、动响应试验仿真、运动控制和振动控制等问题，所提出的方法和技术具有通用性，对飞行器结构动力学与控制的发展具有重要推动作用。（1）基于拉直算法与模糊数学理论，利用人为改变结构质量、刚度后的多次模态试验数据，结合一致性综合评估的模型修正方法，提出了一套系统、完整的先进飞行器动力学快速、准确建模与响应试验仿真方法，有效提高了建模精度与速度。（2）提出采用时滞加速度控制增大稳定性裕度和机翼颤振抑制的新方法；（3）首次研究了非线性最优控制二阶伪谱算法的协态映射理论，提出利用二阶Legendre-Gauss-Lobatto （LGL）伪谱法对Bolza型最优控制问题的协态信息进行估计。通过天地动力学相似条件，创建了我国第一套绳系卫星控制地面模拟实验系统，成功进行了受控绳系卫星释放和回收的地面控制实验。绳系卫星地面动力学控制实验引起国际动力学与控制界的关注，《绳系卫星释放和回收的动力学控制》获2011年度全国优秀博士学位论文。

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。其主要成果如下：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，研究成果发表在IJSS，IJES等重要刊物上，受到同行关注；首次给出了三维裂纹端部蠕变应力应变率场的理论解；对飞行器起落装置的构型设计，缓冲与收放技术、前轮操纵和减摆技术、弹射起飞与拦阻技术、结构强度分析与试验技术进行了系统深入的研究，形成了我国飞行器起落装置设计、分析和试验体系，研究成果应用于十多个航空航天型号工程和型号预研；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。

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，部分结果已在Sensors and Actuators A：Physical以及IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control重要刊物上发表。在物体操控方面，提出了高性能压电泵的设计方法、声学陀螺的新结构、微颗粒浓度超声控制的原理和器件结构以及微液滴无沟道抽取的原理和器件结构，为微流体、特殊形状物体和微小物体的操控提供了新方法，研究结果已在Sensors and Actuators A: Physical、Journal of Applied Physics等刊出；在振动能量回收方面，通过采用内冲击机构、小型风力驱动结构和优化换能单元等方法，大大提高了发电机的功率密度，其中内冲击型振动发电机的功率密度被提高到7μW/cm3（1g时）。

微纳系统力学研究方向

面向航空航天和器件发展需求，在三维疲劳断裂和纳米力学领域进行了深入系统的研究，取得了一系列重要的科学发现：（1）发现硅基底上石墨烯纳米带强烈的双段线性磁电效应，揭示了利用力电耦合原理调控石墨烯磁学和电学性能的原理和机制；（2）发现了碳纳米管的多米诺骨牌效应和温度调控的可逆多米诺现象，从而实现热能和机械能之间的可控相互转换；（3）发现横向电场可使氮化硼纳米带能隙显著单调地减小直至关闭，首次在由轻元素组成的磁体中实现了机械可调制自旋磁性；（4）揭示了BC2N纳米带和ZnO纳米线结构性能调控的原理和机制；（5）深入探索了生物和纳米受限环境中水分子的热力学行为，理论模拟表明：环境温度下纳米管中水链具有从无规则高熵热运动向低熵规则高频振动重复转化的规律。（6）发明了超声微波协同合成仪，并得以推广应用；（7）实现了ZnO一维纳米线自发的电子空穴对分离和电子性质的调控，为高效率光伏器件的设计提供了理论依据；（8）制备石墨烯流致生电器件，获得比石墨高20倍的气流敏感性，开拓出石墨烯能量转换新的、富有前景的途径。

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集成的关键科学问题，主要成果如下：在功能材料与器件方面，系统掌握烧结工艺、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，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。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。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。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。相关研究成果发表在Materials Letter, Ferroelectric, Journal of Sound and Vibration, Smart Materials and Structures 等重要刊物上。