纳米增强复合材料与结构在航空航天、轨道交通、汽车工程、海洋船舶乃至生物医学等重要工程领域有着广阔的应用前景，研究其力学性能并用以指导纳米增强复合材料与结构优化设计是当前力学、机械、材料学等学科的前沿热点课题之一。汽车工程学院先进材料结构与传感技术实验室李成教授团队在自供电复合纳米带以及碳纳米管增强复合拱方面取得了重要进展，相关研究成果以《Free vibration of self-powered nanoribbons subjected to thermal-mechanical-electrical fields based on a nonlocal strain gradient theory》为题发表在《Applied Mathematical Modelling》上，以《Nonlinear in-plane thermal buckling of rotationally restrained functionally graded carbon nanotube reinforced composite shallow arches under uniform radial loading》为题发表在《Applied Mathematics and Mechanics-English Edition》上。
在《Free vibration of self-powered nanoribbons subjected to thermal-mechanical-electrical fields based on a nonlocal strain gradient theory》中，团队建立了带有微小压电层的复合纳米带模型并研究其在热-机-电场作用下的动力学行为，同时考虑了微观非局部效应和应变梯度效应，提出并应用了梯度型正应变来代替以往文献中直接近似使用的经典正应变。将理论本构关系与非局部应变梯度压电方程相结合，利用哈密顿原理和新定义的非局部应变梯度弯矩，分别导出了非局部应变梯度理论下的控制方程组和边界条件。采用微分求积法对控制方程组进行数值求解，讨论了内特征尺度和外物理参数对动力学行为的影响，揭示了微观自供电的物理机制。
（热-机-电场作用下复合纳米带的物理模型）
（非局部参数和应变梯度特征参数对自由振动固有频率的影响）
（复合纳米带产生电压对振动的附加影响）
在《Nonlinear in-plane thermal buckling of rotationally restrained functionally graded carbon nanotube reinforced composite shallow arches under uniform radial loading》中，团队研究了热环境中具有旋转约束的功能梯度碳纳米管增强复合浅圆拱在径向载荷作用下的非线性面内不稳定性，引入临界几何参数来判定屈曲模式转换的标准，通过参数和算例研究，揭示了外界温度变化、材料参数、几何参数和弹性约束对复合拱稳定性的影响。
（碳纳米管增强复合拱模型及其中纳米材料的分布模式）
| ΔT = 50K |
| ΔT = 100K | ||||||
Vcnt | UD | FG-V | FG-X | FG-O |
| UD | FG-V | FG-X | FG-O |
0.12 | 43.5994 | 33.7095 | 57.4901 | 25.9330 |
| 47.6198 | 36.6516 | 62.7067 | 28.4013 |
0.17 | 63.5012 | 48.8364 | 83.8891 | 37.5396 |
| 69.3911 | 53.1307 | 91.5226 | 41.1435 |
0.28 | 103.1634 | 78.9591 | 136.4641 | 60.6542 |
| 112.7485 | 85.9459 | 148.9103 | 66.5188 |
（极限屈曲载荷与碳纳米管体积分数之间的关系，其中λ = 8, α = 0.02）
（复合拱极限点屈曲平衡路径）
（复合拱分岔屈曲平衡路径）
在此研究之前，团队先后在《Mechanical Systems and Signal Processing》发表论文《Decoupling the effects of material thickness and size scale on the transverse free vibration of BNNTs based on beam models》，在《Composite Structures》发表论文《New observations on transverse dynamics of microtubules based on nonlocal strain gradient theory》，在《Composites Part B-Engineering》上发表论文《Nonlocal vibrations and stabilities in parametric resonance of axially moving viscoelastic piezoelectric nanoplate subjected to thermo-electro-mechanical forces》，在《International Journal of Mechanical Sciences》上发表论文《Torsional vibration of carbon nanotubes: comparison of two nonlocal models and a semi-continuum model》，在《International Journal of Engineering Science》上发表论文《Comments on nonlocal effects in nano-cantilever beams》等，研究获得了大量关注，吸引了国内外多个课题组在该领域继续开展后续研究工作。
上述工作得到了国家自然科学基金（11972240、12272064）、江苏省高校基础科学研究重大项目（23KJA580001）、江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人等项目资助。李成现为汽车工程学院教授，主要研究先进材料结构非线性振动与传感技术及其应用。近年来，李成教授在《Composite Structures》《Composites Part B-Engineering》《Mechanical Systems and Signal Processing》《Applied Mathematical Modelling》《Applied Mathematics and Mechanics》《Science China-Technological Sciences》《Nonlinear Analysis: Modelling and Control》《International Journal of Engineering Science》《International Journal of Mechanical Sciences》《Journal of Sound and Vibration》《Smart Structures and Systems》《Smart Materials & Structures》等学术刊物上发表论文100余篇，SCI他引超过1800次。
（汽车工程学院李成/供图，科技处 陈小卉/文 赵景波/审核）
