近日，我校机械工程学院智能材料与结构团队刘涛博士在智能复合结构非线性力学分析与多物理场耦合建模领域取得系列研究进展，相关成果发表于计算固体力学领域国际权威期刊《Thin-Walled Structures》《Aerospace Science and Technology》。研究聚焦磁电弹性复合夹层结构与压电智能结构，针对复杂服役环境下结构几何非线性效应显著、多物理场耦合关系复杂以及高精度数值模拟需求迫切等问题，系统开展非线性力学建模、多场耦合响应分析与数值计算方法研究，为先进智能复合结构的力学性能预测、优化设计及主动振动控制提供了理论支撑与计算方法。

（磁-电-弹夹层结构）

（磁-电-弹夹层板的非线性Mises stress分析结果）

针对传统二维板壳理论难以准确表征复杂夹层结构几何非线性及多物理场耦合行为的问题，团队提出一种三维非线性磁-电-弹耦合等几何分析（Isogeometric Analysis，IGA）方法，基于Hamilton原理和完全拉格朗日格式，结合三维NURBS基函数，建立了几何非线性多场耦合分析模型。研究揭示了石墨烯纳米片分布、孔隙率及金字塔点阵芯层几何参数对复合夹层结构非线性静力学与动力学响应的影响规律，为智能复合夹层结构的多场耦合响应预测与优化设计提供了理论依据和计算支撑。相关成果发表于国际学术期刊《Thin-Walled Structures》，我校为论文第一完成单位，刘涛为论文第一作者。

（集成多个MFC片的智能板及其非协调多片等几何分析网络）

（动力学响应）

针对传统单片等几何分析方法在复杂分布式压电智能结构非线性机电耦合分析中的局限性，团队提出一种基于Nitsche方法的非协调多片等几何分析方法。该方法结合Reissner-Mindlin壳体理论、von Kármán几何非线性理论，建立了几何非线性机电耦合分析模型，系统研究了分布式压电层合板的非线性静力弯曲、动力学响应及传感器输出特性，为复杂压电智能结构的高精度分析提供了有效方法。相关成果发表于国际学术期刊《Aerospace Science and Technology》，我校为论文第一完成单位，刘涛为论文第一作者，北京航空航天大学杜孝孝副教授为通讯作者。

（智能蜂窝夹芯航空发动机涡轮叶片）

（智能叶片的非线性动力学响应）

针对传统压电智能结构分析方法难以同时表征几何非线性与强电场诱导的压电非线性效应的问题，团队提出一种考虑双重非线性效应的热-电-弹耦合等几何分析方法，建立了智能复合壳体的非线性多场耦合分析模型。研究揭示了负泊松比蜂窝结构几何参数及双重非线性效应对复合壳体静、动力学响应的影响规律，并采用负速度反馈策略开展了智能蜂窝夹芯航空发动机涡轮叶片的主动振动控制研究，为复杂压电智能结构的主动振动控制与性能优化提供了数值分析依据。相关成果发表于国际学术期刊《Aerospace Science and Technology》，我校为论文第一完成单位，机械工程学院博士研究生孙祥荣为论文第一作者，刘涛为通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.tws.2026.115512

https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.111586

https://doi.org/10.1016/j.ast.2026.113717

（撰稿：刘涛 审核：刘庆运 郑近德 张苒 黄敏）