中文摘要：

针对固体力学学科前沿的基础研究，系统开展了两方面的主要工作。微尺度塑性方面提出不含高阶应力的新型应变梯度理论，建立了梯度理论新有限元算法，克服了已有梯度理论工程应用及有限元计算的困难；阐明了微丝扭转、薄梁弯曲、复合材料强度、块体、薄膜/基底压痕硬度的尺寸效应；揭示了裂尖解理断裂物理机制；解析预测了剪切带初始宽度及倾斜角度。表面/界面力学方面获得系列广义黏附接触模型解析解，发展了表面/界面力学，并应用揭示生物分子感应环境信号及一类生物材料黏附的力学机制；实验制备了纳纤维阵列表面，发现表面摩擦力与接触面积的线性关系；理论及数值揭示了纳米单纤维、多纤维及弹性薄膜黏附的尺寸效应；解析分析了表面粗糙度、膜厚等对弹性薄膜黏附的影响。出版专著2部，SCI论文48篇，包括3篇JMPS、2篇Acta Mater、9篇IJSS。近5年SCI他引130次，分别获得国家自然科学二等奖和中国力学学会青年科技奖。

结论摘要：

随着微制造、微纳机电系统、微纳电子封装、新型智能材料等领域的发展，表/界面力学特性成为特别关注的问题。项目主要针对表界面黏附机制、纳米材料的表界面效应及纤维增强复合材料界面细观力学几个方面展开研究，取得了如下成果 1. 表/界面粘附力学机制的仿生研究仿生研究了壁虎微观粘附机制，发现预应力能提高可逆粘附的鲁棒性，水中疏水表面的毛细力提高壁虎粘附力，而亲水表面则相反，同时发现蘑菇状末端纤维能抵制界面裂纹扩展，提高界面粘附强度；仿生研究了受精卵在输卵管中的粘附输运，提出了梯度应变场驱动表面输运的新概念；拓展了薄膜/基底撕脱的经典Kendall模型，给出从起始到稳态撕脱过程的撕脱力变化规律；应用表界面粘附机制实现了手性可控、缺陷及异质原子掺杂可控的纳米碳管自组装，提出实现石墨烯与粗糙基底界面完美粘附的倾斜法。该方面工作对微型器件、仿生爬壁机器人及薄膜基底界面设计具有重要的理论指导意义。 2. 纳米材料的表/界面效应基于表面能密度的概念，提出一种表征纳米材料尺寸效应的新弹性力学理论模型，仅与块体材料的表面能密度和纳米材料驰豫参数相关，避免了表面弹性常数的引入。应用新弹性理论分析了纳米薄膜双轴拉伸的等效拉伸模量、纳米颗粒的表面能密度、纳米线静态弯曲的等效弯曲刚度、纳米梁屈曲载荷及振动频率中的尺寸效应问题，理论预测与实验和数值模拟相符，进一步指出纳米材料软化和硬化两种不同现象的物理本质驰豫应变与载荷应变的竞争机制。该方面的工作为预测纳米材料的力学性能提供了理论模型。 3. 先进复合材料界面细观力学研究了碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面力学行为，理论分析了碳纤维表面轴向及环向粗糙度、界面梯度过渡层对纤维应力传递及界面剪切强度的影响，发现粗糙度能够提高纤维应力的传递，线性梯度界面层能提高界面剪切强度；研究了纳米碳管增强硅基复合材料的断裂行为，发现纳米碳管的拔出、断裂及多壁碳管脱鞘拔出现象，并提出纳米碳卷作为增强相提高复合材料断裂韧性的新思路。该方面的工作为先进复合材料的界面设计提供了理论依据。共发表SCI 论文38篇，毕业6名博士及3名硕士、出站博士后1名，获茅以升北京青年科技奖，入选中国科学院科技创新“交叉与合作团队”，国家百千万人才工程，并授予“有突出贡献中青年专家”称号。多次作学术邀请报告，并积极开展国际合作与交流，组织多个国内学术会议及国内外大会的分会场。