新型材料的力学性能与原理纳微米尺度非均匀介质力

1、新型材料的力学性能与原理纳/微米尺度非均匀介质力学玻璃微珠填充高密度聚乙烯断口形貌纳/微米尺度下的非均匀介质广泛存在于自然界和现代工业领域（如生物组织、MEMS、Quantum dots、Nanocomposites、Nano-fluids），对纳/微米尺度下物质力学行为的研究是力学领域前沿性的研究方向，具有重要的理论意义和应用价值。 由工学院力学与空天技术系王建祥教授（国家杰出青年科学基金获得者）领导的课题组在这一领域取得了一系列重要成果。主要研究方向有：ü 先进复合材料的力学行为ü 纳米结构材料、量子点结构ü 功能复合材料的力学和相关物理特性研究特色是：针对这

2、些介质中普遍性的力学和物理问题提炼、发展理论模型，研制新型材料，从基础上形成原创性的理论体系； 研究手段包括理论分析、实验表征和多层次复杂结构的数值计算。6-fold广义Eshelby问题的平均性质质非均匀介质热、电、磁传导性能理论纳米孔道材料的力学与物理性能 aabd(f)edbc 量子点结构的力学研究 纳米复合材料性能研究自主版权软件· BD，BSD旋转壳的分析· LISA线性通用有限元· NOLM，NOLM83土力学有限元· SAP81-CH，SAP84线性通用有限元（局部非线性）· SuperDEM离散元· CE/SE时空守恒

3、元先进工程与科学计算在过去的几十年间，北京大学的计算结构力学在国内取得了有目共睹的成就，各项软件的推广工作曾多次获国家级奖励（国家科技进步二等奖1项，三等奖2项）。国内现有的最主要的通用计算结构力学软件皆与北京大学工学院力学与空天技术系直接相关；另外，在冷却塔的分析方面，力学与空天技术系一直是技术输出单位。在这个方向上，北京大学工学院力学与空天技术系为国家的经济建设做出了重要的贡献。计算力学的基本技术研究一直是北京大学计算力学方向研究的重点，在过去的几年中，我们在发展自主版权软件的同时，一直在研究计算力学/物理的基本方法与技术，在所开展的研究方向上是国内领先的，有些已经达到国际先进水平。如发展

4、了有限元方程组的快速解法，求解速度在国内领先非常之多，在国际上也是最快的几种解法之一；针对建筑结构分析模拟的特点在国内率先提出并构造了剪力墙单元模型，其思想被国内多家工程结构分析软件所采用，促进了我国土建结构分析软件的推广、应用等等。北京植物园植物展览温室的结构静动力分析中华世纪坛旋转圆坛主体结构的静动力分析能源与资源工程自然资源是人类生存和发展不可缺少的物质基础，能源与资源短缺是中国经济发展与国家安全面临的一个严峻挑战。随着经济的持续、快速发展，资源、能源与环境已经逐渐成为制约我国经济与社会可持续发展的三大瓶颈。在过去的二十年里，随着中国经济的发展，能源的需求量也翻了一番。能源安全尤其是石油

5、安全问题越来越严重。中国石油对外依存度从1995年的7.6%增加到2005年的40%。在未来的二十年内，中国对能源的需求将出现超高速增长。随着中国目前城市化和工业化进程的开展，优质水资源的短缺问题已经对社会、经济的进一步发展构成了严重的威胁。一方面需水量不断增加，而另一方面水质却在不断恶化。为了治理不断恶化的水资源环境，国家科研的投入在大量增加。我国矿产资源储量远远满足不了生产规模与社会需求的增长，造成资源保证程度急剧下降。目前，我国几种主要矿产资源对外依存度都在40左右，这必将成为制约我国经济发展的主要障碍。北大工学院能源与资源工程系定位于能源与资源科学与工程的学术前沿，进行中国能源与资源的

6、发展战略、技术前沿与先进工程技术的研究。主要研究方向包括：水资源利用、油气田开发、能源动力工程、可再生能源、资源高效与循环利用等。北大工学院能源与资源工程系将建成中国以及世界能源与资源工程领域的基础理论研究、工程技术研发以及高层次人才培养的中心。射流火焰燃烧技术自进动射流燃烧器的工业应用射流是大多数燃烧系统的基础，射流流动状态对系统的效率和污染排放指标的有关键的作用。在可预见的未来，燃烧将继续是能源利用的最主要手段。如何有效地减轻燃烧引起的污染，同时又提高效率，是我们所面临的重要问题。在中央政府定下“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20、主要污染物排放总量减少10等目标的前提下，解决这些问

7、题具有重要的现实意义。由工学院米建春教授领导的课题组，近年来与澳大利亚Adelaide大学TEC研究小组以及FCT燃料燃烧技术公司合作，发展了各种射流及燃烧装置。自激发抖动射流喷嘴技术（获多项国际专利授权）及利用抖动射流技术的高效低污染燃烧器自进动射流（气体）燃烧器已商品化，并成功地用于世界各地多家工业窑炉上。这种燃烧器降低NOx约3050，节省燃料约58。最新发展的一种简单的新型超稳定火焰燃烧器能在任意角度的15级飓风（风速约170公里/小时）下保持火焰不灭。悉尼2000年和雅典2004年夏季奥运会（手持和主）火炬燃烧系统就是米教授和他在Adelaide大学的同事们一道参与设计的。系统生态学

8、与能源资源工程异重流头部演化数值模拟陈国谦教授所领导的课题组，近年来承担了国家基础研究重点规划（973计划）、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等重要项目，在环境流动机理、生态系统工程与环境资源核算等方面多有研究进展。陈国谦教授在系统生态学和生态经济学方面提出了宇宙（Cosmic Exergy）的概念，确证了生态系统最根本的自然资源是宇宙，而非太阳能，进而提出基于值（Embodied Exergy）概念的生态价值评价体系，改进了系统生态学创始人Odum所提出的能值方法。这一体系在交通、电力、农业、黄河流域乃至整个中国社会的生态价值分析与评价中有重要应用。生物医用材料不同沉积时间下镀钽TiNi

9、合金表面血小板形貌 (a) 30 min; (b) 160 min生物医用材料是指用于医疗的能植入生物体或能与生物组织相结合的材料。医用材料中，金属材料应用最早，它可以半永久或永久性地植入人体内，以置换被破坏、病变的及部分磨损的组织，或进行骨骼、关节、血管、牙齿等的修复。目前临床上主要应用不锈钢、钴基合金、钛及其钛合金、钽以及NiTi形状记忆合金等。北京大学工学院生物医学材料与器械实验室致力于新型生物医用金属材料开发，研究其微观组织结构与性能的内在联系。颅颌面复合体三维有限元建模生物医学工程新兴交叉学科蛋白质折叠的分子动力学模拟生物医学是当今发展最快的学科之一，未来生物医学的重大突破一定是通过多学科的交叉来实现的。多学科的交叉必定能够促进生物医学技术的创新，如生物医学成像技术、医学微电子技术、医用生物材料技术、新药研制技术、生物医学信息学等，并且将对生命科学的基础研究起到巨大的推动作用。北京大学工学院生物医学工程系集数学、力学、计算机、物理、化学、生物学和医学等不同学科专家的智慧，开展跨越数