山西国家科学技术奖励项目的公示

山西国家科学技术奖励

项目的公示

文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

附：山西省2011度国家科学技术奖励推荐项目

塑性动力学理论及在新材料、新结构

失效问题中的应用研究

主要完成人：杨桂通、韩强、王志华、姚小虎、赵隆茂

主要完成单位：太原理工大学、华南理工大学

内容简介：

弹塑性动力学是一门较新的学科，主要研究材料在高速、高压下的动力学问题，在航空航天、国防及高新技术领域有重要应用。本项目围绕上述问题开展了系统的研究，主要成果包括：

1）提出了塑性动力学的若干新理论，包括建立了塑性动力学问题的一组变分原理和极值原理，为塑性动力学的近似解法和数值解提供了理论基础；阐明了计及应力波效应的动力屈曲研究中一些长期存在但难以说明的若干问题，建立了分叉准则，在圆柱壳动力屈曲问题的研究中揭示了一些新规律；首次通过实验发现了冲击载荷作用下梁、板等结构的反直观现象，对杆、板、壳的分叉、混沌运动的发展演化过程进行了系统的研究；在国际上首次系统研究了弹性介质中多层碳纳米管的扭转和纯弯屈曲问题及扭转和轴压的后屈曲问题，在碳纳米管温度效应、分子动力学模拟及分子-有限元模拟技术方面取得较大研究进展，对含缺陷碳纳米管力学性能及大变形问题进行了探索和研究；将分子动力学和连续介质力学相结合，提出了改进的有限元方法，这些研究成果不仅完善和进一步发展了连续介质力学的基本理论和研究方法，同时为大尺度纳米力学问题的研究提供了新的更加快捷、准确的数值模拟方法。

2）研制了若干先进的大型冲击加载实验系统，为新材料、新结构的冲击研究

提供了完善的实验技术平台。

主要学术代表作：

1、《塑性动力学》(新版)杨桂通着，高等教育出版社，2000

2、Han Q., Hu ., Yang ., The bifurcation problem of columns caused by

elastic-plastic stress wave propagation. 1999, 20(6):604-614

3、Han Q., Zhang .,Yang ., Chaotic motion of a nonlinear

thermoelastic elliptic plate. 1999,20(9):960-966.

4、Qiang Han, Guoxin Lu., Torsional buckling of a double-walled

carbon nanotube embedded in an elastic medium, 2003, 22(6):875-

883.

5、Qiang Han, Guoxin Lu and Liming Dai, Bending Instability of an

Embedded Double-Walled Carbon Nanotube Based on Winkler and van

der Waals Models, Composites Science and Technology, 2005,65(9):

1337-1346.

6、Hao Xin, Qiang Han, Xiaohu Yao，Buckling and axially compressive

properties of perfect and defective single-walled carbon nanotubes, Carbon, 2007, 45(13): 2486-2495.

7、Wang Zhihua, Ma Hongwei, Zhao Longmao, Yang Guitong. Studies on

the dynamic compressive properties of open-celled aluminum alloy

foams. Scripta materialia，2006, 54: 83-87.

8、 , Buckling analysis of multi-walled carbon nanotubes under

torsional load coupling with temperature change , Journal of

Engineering Materials and Technology, 2006，128:419-427.

主要完成人的贡献：

杨桂通教授是本项目的主持人和第一完成人，本项目中的主要开创性工作及思

想都是由杨桂通教授提出的。

1、建立了塑性动力学的广义变分原理，给出了考虑应变率效应的塑性动力学问

题的极值原理以及相应的计算方法，奠定了塑性动力学的基础；

2、动态扭转试验机和动态拉伸-扭转复合试验机和落锤装置的主要设计完成人；

3、计及物理非线性、几何非线性效应，对非线性粘弹性梁在随动载荷作用下的混沌运动进行了深入的理论分析。

韩强教授是本项目的第二完成人。

1、系统研究了弹塑性应力波的传播及其反射导致的结构动力屈曲问题；

2、在板壳分叉和混沌问题研究中提出了研究内共振诱发的混沌运动和能量在不同模态间转化和分布的多模态平均法，明确指出了以往学者所用方法存在的重大缺陷及可能导致错误结论的原因；

3、在国际上首次系统研究了弹性介质中多层碳纳米管的扭转和纯弯屈曲问题及扭转和轴压的后屈曲问题，对含缺陷碳纳米管力学性能及大变形问题的分子动力学模拟方面取得较大研究进展。

王志华副教授是本项目的第三完成人。

1、发现了高应变率对多孔金属吸能效率有重要影响，提出了既考虑可压缩材料内部结构的变化，又考虑其宏观变形机制的动态本构模型；

2、提出了多孔金属动态力学行为研究的均匀化分析方法和复杂应力状态下多孔材料的动力屈服准则；

姚小虎副教授是本项目的第四完成人。

1、在碳纳米管温度效应及分子-有限元模拟技术方面取得较大研究进展，发现了大变形引起的碳纳米管受压弧面产生的局部失稳现象；

2、将分子动力学和连续介质力学相结合，提出了改进的有限元方法，采用考虑几何非线性效应、横向剪切效应的连续弹性壳体理论来模拟单壁碳纳米管，构建特殊的接触单元来模拟分子间范德华力的非线性作用，考虑石墨板卷曲曲率引起的碳纳米管的初始内应力，系统研究了碳纳米管的非线性大变形力学行为。