破解复杂环境材料失效难题 西南林大获省自然科学奖三等奖

近日，由西南林业大学盛冬发教授牵头，联合东南大学等单位共同完成的“工程材料蠕变、损伤及断裂力学行为表征研究”项目，荣获2025年度云南省自然科学奖三等奖。

在土木工程、微电子、能源装备等领域，工程材料长期处于高温、高湿、循环载荷等复杂环境中，微观缺陷的悄然发展易引发构件开裂、结构失效，解析材料性能劣化机理并预判其寿命，一直是固体力学领域的核心难题。该项目团队瞄准这一痛点，以秸塑复合材料、岩石、再生混凝土等脆性工程材料，以及MEMS微纳器件中的柔性薄膜材料为主要研究对象，坚持“理论建模—数值模拟—试验验证”一体化思路，系统开展多物理场耦合下的材料失效机理研究，突破了传统模型在损伤判据和跨尺度仿真上的技术瓶颈。

理论层面，团队对经典Burgers模型、西原模型进行优化改进，将非线性损伤元件引入本构框架，构建出能完整描述材料全蠕变过程的六元件蠕变模型与改进西原模型，可引入温度、湿度、应力等多因素耦合效应，弥补了传统模型无法表征材料加速蠕变阶段的短板，泥岩三轴蠕变试验验证显示，改进后模型与试验数据的相关系数可达0.96以上。针对微电子领域微纳器件的多场耦合失效问题，团队创新融合分子动力学、连续介质损伤力学与有限元算法，搭建FEMD跨尺度模拟框架，打通了从原子级位错演化、细观损伤累积到宏观构件失效的仿真链路，实现了微纳器件疲劳损伤的可视化与寿命评估。

实验技术方面，团队自主开发数字图像相关与声发射联用的原位测试系统，搭配扫描电镜微观表征手段，实现从宏观变形到细观界面损伤的联合观测，成功揭示秸塑复合材料界面松弛、再生混凝土纤维骨料界面微裂纹闭合等关键损伤机制，形成“跨尺度黏弹本构模型+耦合场实验”的全新研究范式。

该项目依托国家生物质材料国际联合研究中心等高水平科研平台，累计发表学术论文200余篇，其中SCI论文130余篇，研究成果被引用千余次，部分模型已被其他学者用于跨材料体系的二次开发。相关理论方法已在岩石边坡隧道稳定性评估、高层建筑火灾安全验算、生物质绿色建材耐久性分析、微纳器件寿命预测等场景中得到应用，有力服务了“双碳”目标下新材料产业的绿色转型。

下一步，项目团队将继续完善多场耦合本构理论，推进产学研协同，推动理论成果进一步走向工程实际，为复杂环境下重大装备与工程结构的安全服役筑牢力学基础。

云南日报-云新闻记者：沈艳

编辑：李兴文

审核：张耀龙