1、简况介绍

  华南理工大学工程力学系（力学学科）的建设始于上世纪60年代，是在我国复合材料力学研究的先驱--周履先生的带领下发展起来，于1981年和2003年获固体力学硕士、博士学位授予权，2005年获评“工程力学”广东省名牌专业，2006年获力学一级学科硕士学位授予权，2012年被评为广东省优势重点学科，2018年获力学一级学科博士学位授予权，2020年工程力学专业入选国家一流本科专业。现有双聘院士3人，专任教师25人（正高8人、副高12人），其中包含国家杰青1名、全国徐芝纶力学优秀教师2名、广东珠江特聘教授1名、广东省南粤优秀教师1名、广东省杰出青年基金获得者1名。工程力学系始终紧跟力学领域的发展前沿，以国家及粤港澳大湾区重大发展战略需求为目标，着重解决航空航天、国防、机械、土木、交通等领域的关键力学问题，在学科交叉中寻求突破，积极实现科研成果转化，现已发展成为我国华南地区力学人才培养、科学研究和科技服务的重要基地，正在积极迈进全国一流力学学科的行列。

  在学术研究方面，工程力学系现已建设了“固体力学”、“工程力学”和“基础力学与力学交叉”等三个主干学科方向，在疲劳、损伤与断裂力学、冲击动力学、微纳米力学、非线性弹塑性力学、软物质力学、复合材料力学等领域取得了一系列重要研究成果，近五年共承担国家级项目38项、省部级和企事业单位委托项目80余项，其中包括国家重大科研仪器研制项目1项、国家重点研发计划2项、国家杰青项目1项、国基重点项目2项、重要军队国防项目10余项，获教育部高校优秀科研成果一等奖1项、省部级科技奖励二等奖3项。

图1. 工程力学系在冲击动力学、微纳米力学、损伤与断裂力学、实验力学、软物质力学领域的部分成果

  在教学和人才培养方面，本系基础力学教学团队于2014年被评为“广东省级教学团队”，《材料力学》课程于2020年入选国家级一流本科课程。自2009年起，工程力学系创办了工程力学创新班，全面实施“3+1+2”本硕和“3+1+4”本博连读的一体化人才培养模式，并建立了与之配套的课程体系与管理制度。在课程学习的基础上，创新班还推行本科生导师制，由导师指导学生参加国创、SRP等科研项目。近五年，工程力学创新班学生获中国力学学会优秀博士学位论文奖1篇、广东省优秀博士/硕士学位论文奖5篇，各类国家级学科竞赛团体和个人奖励30余项。

图2. 工程力学创新班人才培养与部分获奖证书

  在支撑平台方面，工程力学系参与了“亚热带建筑科学国家重点实验室”的建设，并拥有“广东省力学实验教学示范中心”、“广东省航天航空广东省航空航天先进材料与结构工程技术中心”等多个省部级教学科研平台，现有教学科研用房面积4300平方米，仪器设备总价值5289万元，图书资料15万册。除了上述教学科研平台外，本学科还与中航通飞研究院有限公司、广州民航学院、广东省建筑科学研究院等单位合作，在校外建有多个教学实践基地。以此为依托建设有广东省级大学生校外实践教育基地“华南理工大学-中航通飞研究院有限公司校外实践教学基地”和广东省级人才培养模式创新试验区“高层次复合型工程力学创新人才培养实验区”，为本学科研究生提供了更多了解国情、发现和解决现实问题、提高实践能力的平台。

图3. 工程力学系实验平台的部分大型仪器设备

2、历史沿革

• 1960年：华南理工大学力学教研室成立；

• 1981年：获固体力学硕士学位授予权；

• 2003年：获固体力学博士学位授予权；

• 2005年：获评“工程力学”广东省名牌专业；

• 2006年：获力学一级学科硕士学位授予权；

• 2012年：被评为广东省优势重点学科；

• 2018年：获力学一级学科博士学位授予权；

• 2020年：工程力学专业入选国家一流本科专业。

3、管理团队

 4、学科介绍

  华南理工大学力学学科现已建设了“固体力学”、“工程力学”和“基础力学与力学交叉”等三个主干学科方向，各方向的研究领域和特色优势如下：

固体力学

  主要研究领域为非线性弹塑性力学、疲劳、损伤与断裂力学、微纳米力学等。标志性研究成果包括先进材料与结构（如先进复合材料、软材料、超材料、智能材料等）复杂力学性能的多尺度、多物理场建模与实验表征。特色与优势主要体现在紧跟国际学术前沿，致力于揭示先进材料与结构力学性能的内在机理，促进力学理论与研究方法的发展。

工程力学

  主要研究领域为先进工程材料的制备与耐久性研究、桥梁健康监测、结构振动控制等。标志性研究成果包括高强、高韧钢纤维聚合物混凝土及其复合结构的研制、桥梁长期健康监测与安全预警技术研发、新型桥梁与高架轻轨结构的振动理论等。本方向的特色与优势主要体现在以工程应用为主线，深究实际问题的内在力学机理，以理论研究促进工程技术进步。

基础力学与力学交叉

  主要研究领域为强动载下材料和结构的力学响应、损伤评估与安全防护。标志性研究成果包括先进脆性材料动态损伤破坏机理的多尺度基础研究、风挡结构典型材料的强冲击动力特性及失效破坏的基础研究、强爆炸冲击波作用下结构的动力响应、局部和整体破坏的仿真与分析方法等。特色与优势体现在与航空、国防等领域的紧密结合，通过交叉融合发展力学理论和方法。

近年来，华南理工大学力学学科所取得的代表性研究成果包括：

（1）纤维增强复合材料典型结构的冲击失效行为

  对纤维增强复合材料夹芯板进行了准静态和落锤冲击试验，并使用气炮发射泡沫铝子弹的方法对结构进行等效的水下冲击波加载。通过超声C扫描、三维CT扫描以及断面显微表征等手段，获得了结构内部分层与基体裂纹的分布情况。发现当泡沫厚度与子弹半径接近时结构具有最好的抗软冲击性能。

（2）极端条件下碳化硅的高压塑性、相变和层裂行为及物理机制研究

  研究了碳化硅在高温高压和高应变率等极端条件下的动态变形、损伤和破坏行为。首次系统而深入地揭示了碳化硅的高压塑性和相变机理以及从经典层裂到微层裂破坏的转变机制，揭示强动载下多晶SiC力学性能的Hall-Petch和反Hall-Petch的纳观机制。

（3）非晶合金的动态力学行为及损伤演化机制

研究了非晶合金在拉/压应力脉冲连续作用下的塑性流变行为和损伤演化机制。率先提出初始成核源和后续成核源的概念，并提出一种非晶合金动态缺陷的统计方法。构建了国际上首个能够描述非晶合金动态拉伸断裂的跨尺度本构模型。

（4）高熵合金的动态变形机制和损伤破坏机理

  研究多主元合金的晶格畸变和化学短程序在冲击载荷下对变形和层裂机制的作用。首次提出区分晶格畸变/化学短程序对层错能/滑移能垒调控作用的原子尺度方法。发现异构高熵合金中细晶粒、高角度晶界处拥有更高空化形核概率。

（5）建筑典型材料和结构的强爆炸毁伤效应

  针对建筑典型材料和结构强爆炸毁伤效应评估，开展强动载下典型材料和结构动态响应、变形损伤及破坏模式的多尺度模型构建方法研究。结合流固耦合数值计算，提出了桥梁构件抗爆分析和损伤评估的可行方案。

（6）局域共振折纸超材料的波动特性与抗冲击性能

  结合超材料微结构几何特征，构建新型数值建模方法和新型弹性波频散分析算法，分析和研究弹性波频散、带隙、衰减及能量传输等特性；通过对微结构几何关系的设计和调控，实现弹性波的宽低频衰减及高效的缓冲吸能能力。结果表明，局域共振单元的存在使得带隙频域内应力波的传播受到抑制，波动能量发生剧烈的耗散，传输效率显著降低。

（7）基于数据驱动的先进功能结构逆向设计

  基于深度学习方法，构建卷积神经网络和生成对抗网络模型，挖掘和构建结构拓扑几何特征与超材料波动、振动等特性之间的非线性映射关系，实现超材料的多学科多目标优化和逆向工程设计。

（8）纤维增强复合材料加固混凝土结构疲劳性能研究

对纤维增强复合材料加固混凝土结构进行了疲劳性能研究，通过实验方法和理论研究结合分析在不同疲劳荷载谱作用下（常幅、随机以及过载谱），加固构件的裂纹扩展规律以及疲劳寿命，基于疲劳与断裂力学理论，建立在不同荷载作用下纤维增强复合材料加固混凝土结构疲劳寿命预测分析模型。

（9）亚热带实际服役湿热环境对桥梁结构耐久性能研究

针对亚热带实际湿热服役环境与车辆荷载耦合作用对桥梁结构耐久性影响，研发和集成了湿热环境与实际车辆荷载耦合作用下的实验系统，通过实验和理论研究了湿热环境与疲劳荷载对桥梁结构耐久性的影响机制，建立了考虑湿热环境与荷载耦合作用下的耐久性能分析模型。

（10）复合材料界面力学性能研究

针对FRP-混凝土界面的力学性能，从界面断裂理论，提出一种FRP-混凝土界面裂纹的单侧J-积分方法，并提出FRP-混凝土界面剥离破坏行为的评价方法；通过实验和理论提出了FRP-混凝土界面粘贴滑移关系，建立了考虑FRP-混凝土界面粘贴滑移的FRP加固混凝土构件的疲劳耐久性模型。

（11）超软材料的力学行为与表征

脑组织、软骨等许多生命软物质和聚合物水凝胶是典型的超软材料，具有显著的应变率敏感特性，而且它们的应用环境常常为溶液环境。开发电池驱动双子弹霍普金森压杆/拉杆（SHPB/SHTB）系统、用于中应变率的超长霍普金森压杆（LSHPB）系统全面地表征超软材料的动态力学行为，并从理论上解决了SHPB等方法在溶液环境中的可用性问题。建立了纤维网络模型以表征超软材料中的纤维网络力学行为，进一步地利用超软材料的体积不变性，发展了单相纤维网络模型模拟双相水凝胶力学行为的新方法可模拟多轴加载，定量了解双相材料在变形过程的作用。提出一个适用性广泛的超软材料本构方程（多种材料、复杂环境、宽应变率）。

（12）混凝土类材料多轴载荷下的破坏机制

  多轴载荷下的力学性能和破坏机制对于先进混凝土材料的研究和开发非常重要。我们对混凝土材料进行了许多动态和静态压剪试验。通过3D CT扫描和体积图像重建获得了骨料的微观结构特征，并建立了基于微观结构参数的高保真混凝土材料模型。通过使用高保真介观尺度模型对混凝土类材料的实验结果和模拟，研究了多轴载荷下混凝土材料的力学性能和破坏机制，并提出了混凝土类材料的破坏准则。

（13）多尺度复合材料的力学性质

  多尺度复合材料是纤维增强复合材料和纳米技术的融合。微尺度纤维和纳米尺度填料（纳米管、纳米颗粒或纳米片）的组合赋予了多尺度复合材料相比传统复合材料更优越的力学性能。我们的研究重点是纳米填料对传统纤维增强复合材料中相对薄弱的纤维-基体界面黏结性能的增强效果。通过开发新型的纤维束复合材料测试方法，可以准确评估多尺度复合材料的横向拉伸和层间剪切性能。基于实验数据，我们提出了多尺度复合材料的界面黏结强度模型，用于指导这一先进材料的生产制造。

（14）基于数字图像相关法的变形测量技术

  数字图像相关法（Digital image correlation，DIC）是一种光学测量技术，通过匹配在不同时间获取的物体图像来测量全场变形和运动。我们长期致力于开发适用于复杂大变形测量的高精度算法，提出了图像特征引导的路径无关数字图像相关法，能够解决多种常规技术难以测量的问题。并且利用GPU并行计算技术加速算法，开发了目前计算效率最高的算法，首次实现了转动风扇叶片的实时大变形高分辨率测量。最近，我们发布了全球第一个包含完整2D、3D数字图像相关法和体图像相关法（Digital volume correlation，DVC）功能的开源软件库OpenCorr，该软件库目前被多所知名大学团队和创新企业应用。

（15）智能可穿戴设备研究

  智能可穿戴设备可具有感知、驱动、采用、通信、密封愈合、自我供电、记忆、学习等能力。我们以力学为出发点开展于多学科交叉研究，开发了一系列智能可穿戴器件，如对压力高度敏感的柔性压力传感器、具有大变形能力的柔性应变传感器、柔性驱动器、多激励响应柔性织物驱动器、轻质&高效的可穿戴能量采集器等。针对人类主动健康和提高生活质量的重大需求，我们还基于这些柔性器件建立了一系列不同功能的智能可穿戴设备和开展相关的机理及临床研究。

（16）结构长期健康监测

  结构长期健康监测技术在大跨度桥梁、高层建筑等基础设施中发挥着越来越重要的作用。我们建立了基于云计算的结构健康监测系统，对连续刚构桥、斜拉桥、悬索桥等几种大跨度桥梁进行了长期健康监测，积累了海量的位移、应变、加速度和索力等力学响应数据。在实测大数据和有限元模拟辅助的基础上，我们还发展了多种结合机器学习和深度学习的重车识别、响应重构和损伤识别方法，有效地保障了桥梁结构的安全运营。

（17）新型有限应变板理论及板壳样品构型演化控制研究

  基于非线性弹性力学框架和经典生长力学理论，建立了包含生长的有限应变板理论。该板理论适用于有限（大）变形，考虑了材料的不可压缩性，适合于描述板状软材料样品生长过程中的复杂力学行为。采用包含生长效应的一致有限应变板壳理论，研究了板壳状软材料样品生长变形的反问题，得到了样品内部生长函数与目标形状几何量的显式关系。提出了板壳状软材料样品形状控制的理论方案，可用于实现板壳状软材料样品的形状控制。该方案对生物组织生长行为的研究和新型智能软器件的开发具有重要意义。

（18）磁性形状记忆合金整体磁力学行为研究

  基于哈密顿变分原理建立了磁性形状记忆合金动态磁-电-力-热耦合控制方程组（包含麦克斯韦方程组，运动方程，热传导方程，内部变量演化方程，孪晶界面迁移准则），用于描述磁性形状记忆合金在复杂磁力耦合加载条件下的响应。设计双循环迭代算法对非线性多物理场方程组进行求解，确定各种物理量在磁性形状记忆合金样品内的分布，并借助动态孪晶界面迁移准则确定样品内部的马氏体变体分布及样品构型演化。