科 学 研 究 | 致力于连续介质动力学理论研究，研究方向聚焦于表界面波动理论及其应用，相关交叉研究涉及薄膜稳定性、机器人、超材料、结构与运动仿生、流体动力学(气动声学、液滴动力学)等方向。基于相关研究：(1)在Nature Communications、JMPS (3篇，力学旗舰期刊)、IJSS、JSV、POF、CSTE等发表学术论文40余篇。(2)主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目8项。(3)授权中国发明专利3项。主要学术贡献包括： (1)针对经典波动理论难以描述时变介质中非互易、非局部和非唯一波动的难题，建立了时变连续介质波动理论模型。一方面，提出了时变介质中时空界面的广义Snell定律，提出了“Snell-超越方程”的几何解法，并首次给出了凋落波的几何意义，最终明确了时变介质中弹性波的基本散射规律。另一方面，提出了“基于弱解的时空界面微元方法”，解决了时变介质中三维波动非局部和非唯一求解难题以及“时空界面伴生冲击波”的“无限能流佯谬”，从而明确了时变介质中弹性波的幅值和能量演化规律。此外，提出了时空晶体的“四维多尺度均质化方法”并完成了时空晶体均质化波动方程和Willis-材料属性张量的严格数学推导，进而显式表达了时空晶体的弹性波群速度矢量并首次理论预测了时空晶体的反演不对称性、非双曲性等奇特波动特性。 (2)鉴于现有理论难以描述广泛存在且至关重要的动态粘着接触行为，建立了动态粘着接触的界面波动力学模型。一方面，基于振动和波动理论，推导出了动态粘着接触问题的非线性多尺度微分方程组并进行了近似解析求解，进而分析得到了高频振荡外场作用下粘着接触力和粘附强度的显式表达式，且理论预测的接触力与实验高度一致；本理论可以描述任意高频振荡载荷下的动态粘着接触行为，而该领域中最为经典的JKR理论只是本理论的一个特例。另一方面，基于上述动态粘着接触理论，开发了微振动粘附调控这一全新技术；在该技术中，不再需要引入仿生微结构，只需要引入高频微振动并基于所提出的先进算法实时调整振动频率和幅值，就能精确控制粘附强度；该新技术全面提升了人工粘附性能/指标(粘附强度、循环寿命等指标均有跨数量级的提升)，远超传统技术；更重要的是，该技术打破了传统仿生粘附技术各项性能/指标“顾此失彼”的应用瓶颈。 (3)围绕无基底/悬空薄膜的皱曲失稳开展了一系列研究。一方面，基于超弹性本构和大变形理论首次用解析表达式描述了介电高弹薄膜力-电耦合的屈曲行为，揭示了介电高弹薄膜力-电耦合失稳的机制。另一方面，解析描述了无基底薄膜的深度后屈曲行为以及初始缺陷对准静态失稳的影响。此外，拟改进完善无基底薄膜失稳的经典理论、尝试发展深度皱曲薄膜的波动-结构耦合非线性动力学理论、推动波动理论和表界面力学的深度交叉融合。 近5年10项代表性成果如下： Ø 论文 (1). Shui, Langquan; Liu, Yilun*; Li, Bo*; Zou, Chenbang; Tang, Chao; Zhu, Liangliang; Chen, Xi*. (2019/01). Mechanisms of electromechanical wrinkling for highly stretched substrate-free dielectric elastic membrane. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. (2). Zhu, Liangliang; Yang, Pengfei; Li, Feng; Wang, Kai; Shui, Langquan*; Chen, Xi*. (2022/02). On the snake-like lateral un-dulatory locomotion in terrestrial, aquatic and sand environments. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. (3). Yan, Weidong#; Shui, Langquan#; Ouyang, Wengen*; Liu, Ze*. (2022/10). Thermodynamic model of twisted bilayer graphene: Entropy matters. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. (4). Shui, Langquan#; Jia, Laibing#; Li, Hangbo; Guo, Jiaojiao; Guo, Ziyu; Liu, Yilun; Liu, Ze*; Chen, Xi*. (2020/03). Rapid and continuous regulating adhesion strength by mechanical micro-vibration. Nature Communications. (5). Yupeng; Kang, Yongping; Xie, Yiling; Xiang, Xiaojian; Shui, Langquan*; Schroers, Jan; Liu, Ze*. (2022/06). Fabrication of 3D metallic glass architectures by a mold-strain-set method. Materials & Design. (6). Yan, Yingbo; Shui, Langquan*; Liu, Siyu; Liu, Zeming; Liu, Yilun*. (2022/10). Terrain Adaptability and Optimum Contact Stiffness of Vibro-bot with Arrayed Soft Legs. Soft Robotics. (7). Shui, Langquan*; Guo, Jiaojiao; Gao, Enlai*; Liu, Ze. (2020/11). Spatio-temporally modulated composite metamaterials by using switchable mesostructural topology. Composite & Structures. Ø 项目 (8). 粘弹性软材料表面粘附和脱粘附过程的率相关性研究, 纵向科研项目, 国家自然科学基金委员会, 25万, 2020-01-01 至2022-12-31. (9). 无基底薄膜受压失稳动力学机制及深度皱曲状态下的波动特性研究, 纵向科研项目, 国家自然科学基金委员会, 52万, 2024-01-01 至2027-12-31. Ø 专利 (10). 机械式调控物体表-界面粘附强度的方法及试验装置, 201911139874.4, 发明专利, 2019-11, 中国. |
