运用量子力学（QM）、经典分子动力学（MD）、半经验量子MD和从头算MD以及耗散粒子动力学（DPD）等理论方法，对多系列含能化合物（如硝基、硝胺和硝酸酯类）分子、典型含能晶体（如TATB、HMX、RDX、CL-20和PETN等晶体）以及多类型含能复合材料（如以TATB、HMX和RDX为基与多功能高聚物组成的多类高聚物粘结炸药），分别地进行系统的微观与介观尺度的计算和模拟，研究它们在不同温度和不同强度冲击波作用下的分解反应和起爆机理；考察组成、结构、相互作用能、力学性能与感度特性之间的联系；探索内部和外界条件对含能分子、晶体和复合材料的致钝效应的影响，揭示致钝机理，建议致钝方法。通过本项目研究，不仅要发现许多新的现象和规律，提高基础理论学术水平；还要为含能材料的安全使用和高能钝感含能材料的设计和制备提供参考或指导。

运用量子力学（QM）密度泛函理论（DFT）方法，对硝酸酯类和叠氮硝基类多系列含能化合物的分子结构和分解机理进行了细致的比较研究，以引发键键级和键离解能关联感度和稳定性，设计出高能且稳定的品优化合物供合成实验参考。研究了不同压力下α-和β-RDX晶体的结构和感度判别，发现RDX的感度随其所受的静水压力增大而增大。 运用从头算分子动力学（MD）理论方法，研究了含能晶体引发分解反应。TATB晶体热引发压力效应的研究，发现该热引发是由分子内的氢转移引起，压力影响氢转移的难易程度。通过与多尺度冲击技术（MSST）结合，研究了冲击加载下HMX、TATB和PETN晶体的分子结构和电子结构随时间的变化细节，以引发分解（断键）出现的时间和开始出现金属态的时间关联了冲击感度。 运用经典MD理论方法，研究了含能晶体， HMX、RDX、CL-20、PETN和TNT以及CL-20/TNT和CL-20/HMX共晶，以其内聚能密度和引发键最大键长关联感度，并通过波动法计算预测其力学性能。研究了含能复合材料，CL-20/HMX共晶分别与聚氨基甲酸乙酯（Estane 5703）和端羟基聚丁二烯（HTPB）所构成的PBX模型，通过结合能的计算发现含少量Estane 5703的PBX稳定性和相容性更佳。研究CL-20/TNT共晶与含氟高聚物PVDF、F2311 和 F2313粘结性能，发现高聚物粘结剂分子中H与F、Cl原子比列恰当，有助于粘结剂分子的铺展，利于致钝。 运用半经验QM MD理论方法，研究了含能复合材料，用基于自洽电荷―密度泛函紧束缚（SCC-DFTB）水平的半经验QM MD方法，研究HMX/PEG复合体系的热引发分解；该方法与MSST技术相结合，研究它们的冲击引发分解。发现在热引发分解条件下，PEG有着延迟引发分解的作用，即致钝作用，而在冲击引发分解条件下，PEG反而有着加速引发分解的作用。 运用耗散粒子动力学（DPD）介观理论方法，模拟计算了5个不同温度下晶体CL-20、TNT和共晶CL-20/TNT炸药各自分别与含氟高聚物粘结剂F2311、F2313、PVDF、和PCTFE组成的12种PBXs体系。发现温度升高有利于含氟高分子伸长铺展，两种高分子结构单元与两种炸药分子的相互作用各不相同。

复合材料多尺度渐进失效理论方法研究是重要基础研究方向。然而，多尺度渐进失效分析常常遇到应变局部化问题，导致微观胞元模型失去存在的合理性和客观性，多尺度分析也失去了意义。至今，国内外在考虑局部化问题上的复合材料多尺度力学性能研究很少。在国家自然科学基金资助下，项目负责人系统地开展了复合材料非局部多尺度渐进失效理论研究，主要创新工作体现在6个方面：（1）在国际上原创性地提出一个预测复合材料层内损伤和层间分层的统一非局部理论模型和有限元数值算法，通过引入并实现非局部积分理论解决了复合材料中应变局部化带来的数值问题，（2）在国际上首次将零厚度3D内聚力数值技术应用于压缩载荷作用下的复合材料分层失效研究中，探讨了不同内聚力形状、内聚力强度对后屈曲与分层相互作用机理的影响规律，（3）在国际上原创性地提出了一个内聚力/摩擦接触耦合的本构模型，应用于剪切载荷作用下的复合材料分层失效研究，（4）提出了一个考虑含热残余应力的复合材料微观渐进失效有限元模型以及考虑应变局部化问题的Mori-Tanaka宏微观多尺度均匀化方法，（5）在国际上首次开展了湿热环境下复合材料层合板分层失效声发射测试技术研究，（6）发展了低速冲击载荷作用下弹性和弹塑性复合材料层合板动态层内渐进损伤和层间分层的理论模型和有限元数值技术。负责人以第一或通讯作者共发表SCI论文13篇（JCR工程类1区论文2篇、2区论文5篇）、EI论文4篇，申请登记软件著作权3项。研究成果对于解决多尺度分析中的应变局部化问题，推动和完善复合材料均匀化理论，揭示复合材料失效机理以及刚度、强度性能退化机理，提升复合材料领域的基础研究水平与服役性能预测能力、具有重要理论和应用价值。 2100433B

近年长隧道结构震害频发，考虑地震动空间非一致性对长隧道地震响应具有较大影响，但传统方法难以真实反映长隧道的非一致地震响应，对实际存在的多尺度动力问题缺乏研究。本项目以长隧道结构为研究对象，交叉融合隧道动力学、地震工程学及多尺度科学等学科，采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法，系统研究非一致地震激励下长隧道多尺度动力分析方法。开展基于并发多尺度原理构造结构多尺度建模方法，提出考虑地震动非一致性的长隧道多尺度模型的有效离散化方法；建立不同尺度域间的约束关系，推导多尺度动力控制方程；提出长隧道多尺度动力问题的混合时步高效算法，建立与材料非线性等因素相对应的计算稳定性条件和收敛准则；采用损伤理论建立混凝土动力损伤本构模型，实现考虑损伤劣化特性的非一致地震激励下长隧道多尺度动力分析。项目研究有助于完善我国地下结构抗震理论和方法，为长隧道结构抗震计算和分析提供科学依据。

多智能体系统的一致跟踪问题是一致性问题中的一个重要研究分支，因其在卫星编队、传感器网络等领域有重要应用前景，引起了国内外学者的广泛研究。而在实际工程系统中，多智能体系统中的个体基于物理特性或者任务分配可能会分成不同的群,每个群中的跟随者都跟踪同一群中的领航者。因此，我们有必要研究群一致跟踪控制问题。与一致跟踪问题相比，群一致跟踪控制的研究将更能揭示多智能体系统网络的复杂性和更符合工程实际。 本课题拟围绕连接拓扑变化、时延、采样、噪声和干扰等问题，研究一阶/二阶积分系统和高阶系统的群一致跟踪控制问题, 具体研究内容包括建立一套规范的建模理论和方法；围绕着群一致跟踪问题的可解性、群一致跟踪的条件和群一致跟踪协议设计建立群一致跟踪控制理论；解决系统参数、时延、采样周期的计算和优化问题；群一致性跟踪控制理论在机器人仿真系统中的验证。最终，形成一套完整的多智能体系统群跟踪控制理论体。