多尺度材料力学研究小组揭示了以下关系：
涵盖从分子到分子的整个工程尺度的结构
宏。
除了纳米级建模和大规模结构的既定实践
力学，该小组正在通过开发精确的方法来弥合这些尺度之间的差距
每个中间级别的本构建模和表征。
揭示纳米和微米级力学如何影响毫米和米级
结构使先进复合材料能够优化结构性能。
通过先进的多尺度建模、模拟和实验，研究
专注于开发为新兴技术提供信息的方法，包括纳米、
微观和生物医学工程和科学。该研究小组定位良好
推动这一快速新兴领域的发展。
明天需要新材料
研究活动包括确定导致成功的关键参数
或特定应用的材料失效
我们致力于为航空航天和汽车产品的结构泡沫设计建模，
提高隔热、冲击吸收和转动惯量的目标。
作为纳米和宏观之间的中间尺度的函数特征，
可以创建和优化新型材料和复合材料。研究人员正在工作
新颖实验、MEMS/NEMS、原子和连续介质建模、多功能材料
和设备、微流体、组织工程、纳米结构材料、材料表征、
生物运输、细胞力学和基于物理的建模。
该解决了当代流体力学中一类令人着迷的问题，其中涉及
动态边界和流体流动之间的相互作用。对这些问题的研究
通常需要适应多个时间和长度尺度。
该(MADLab) 是一个工程研究实验室，专注于了解基本原理
先进结构化材料系统的力学并利用这种理解
为航空航天和机械应用创造新技术。
该涉及聚合物老化的多尺度、多物理场建模等主题
聚合物复合材料。
该足球比赛结果航空航天工程研究中心(MARC) 涉及先进纤维增强的多尺度建模等研究
热固性复合材料。
该(PSTDL) 开发月球行星表面探索技术解决方案，
火星及其他地方，同时培训下一代工程师。
师资 + 研究 = 发现
我们系拥有世界一流的教师队伍，他们能够参与大量创新研究
实验室并致力于发现和学习。
这包括一系列与以下领域相关的研究领域、经验和专业知识
多尺度材料力学。了解更多关于我们的教师和他们的研究的信息
兴趣：
利用剧烈的塑性变形来改变材料的性能；随机纤维复合材料的失效研究；聚合物基复合材料中界面的纳米级特性；光力学与数字图像处理集成用于应力分析
聚合物和聚合物复合材料老化的多尺度、多物理场建模；金属植入物在生理环境中的降解；材料的断裂、损坏和冲击行为；新型多功能轻质高分子复合材料的分析、设计与测试
声学和弹性超材料；细胞结构；先进增材制造；振动和模态分析；弹性波传播；多物理场建模；充气结构
极端环境技术（太空、水下、采矿、北极等）；挖掘和采矿技术；行星科学与探索；就地资源利用；太空采矿和建筑；设计优化；机器人与自动化；系统工程与集成
计算流体动力学（CFD）；柴油机颗粒捕集器（DPF）在加载和再生过程中的性能建模和数值模拟；柴油氧化催化剂（DOC）转换器代码开发；多孔/无序介质的格子玻尔兹曼方法
研究项目
我们的教师参与了许多研究项目，其中许多是公共资助的。
下面是研究项目的示例列表。您还可以查看更广泛的列表
的研究项目发生在整个机械工程-工程机械系。
- 联合研究员：格雷戈里·奥德加德
- 联合研究员：斯蒂芬·坎普
- 学院/学校：工程学院
- 系：机械与航空航天工程
- 奖励金额：472,000 美元
- 赞助商：美国轻质材料制造创新研究所（ALMMII）
项目执行摘要：
铸造薄壁球墨铸铁 (DI) 铸件的能力对于利用
这些材料的高刚度和强度。当前的组件通常具有
由于工艺和原因，截面尺寸比机械要求规定的厚度厚
材料限制。通过实施改进的方法和合金，有潜力
壁厚减少 50%，从而实现运输的轻量化
根据组件负载，组件减少 30%-50%。除了几何优化之外，
一些薄壁应用的强度提高了 10%，伸长率提高了 100%
与标准化学成分和壁厚相比。该项目最初将重点关注
立式潮模砂造型，壁厚可从 3
毫米至 1.5 毫米。其他成型技术也可以实现类似的减少，例如
卧式湿砂造型从6毫米到2毫米，消失模工艺从4毫米
毫米至 1.5 毫米。
薄壁 DI 铸件的大批量生产给冶金带来了挑战
和处理。
- DI 合金需要更好的孕育实践来控制石墨形态和
矩阵结构
- 将使用珠光体和高硅、铁素体球墨铸铁合金（MRL 4）；作曲
可能需要优化以避免碳化物
- 砂型尺寸能力和表面光洁度需要改进；传热
可能需要更好的控制。
- 考虑到较薄的壁、落砂、精加工、机加工和热处理工艺
必须进行微调
- 除了上述制造注意事项之外，设计工程师还需要
更新了薄壁 DI 铸件的设计规则，以利用这种轻量化的优势
机会。将使用组件案例研究来量化减轻的重量。
该项目将重点关注带来所需的制造工艺开发
薄壁、立式潮模砂模直接铸件的大批量生产。所有零件
上述过程的一部分先前已开发；该项目将整合
这些成为一个有能力的生产系统。成功实施后，这些知识
将转移到卧式和消失模成型工艺。
揭示纳米级钠离子电池的内部：对钠嵌入的新认识
在阴极
- 学院/学校：工程学院
- 系：机械与航空航天工程
- 赞助商：国家科学基金会
简介：
虽然全球范围内大量研究都集中在锂离子电池上，但科学
与室温可充电钠离子电池相关的挑战
锂电池的下一个替代品相对尚未被探索。这些挑战
比锂离子电池的情况复杂得多。 Na+比Li+大70%，
将钠离子驱动到主电极时会产生巨大的机械应力。
Na+ 的化学反应性比 Li 更高，因此钠嵌入会引发多相
仍有待确定的反应。钠嵌入/脱嵌
因此，过程导致一系列耦合电化学驱动的机械
不稳定性、电导率下降和复杂的相变
这会大大缩短电池寿命。尽管科学上如此复杂，
浏览 NSF 网站的活跃奖项列表可以发现，已经有
最近荣获 30 多个奖项
锂离子电池研究，而钠离子电池几乎没有研究。因此，
室温可充电钠离子电池研究领域正在蓬勃发展
联邦政府支持克服这些障碍并制定可行的替代技术
到锂离子电池。考虑到锂资源是最重要的
非常有限，而且在过去 20 年里它们的价格不断上涨。
这项研究的目的是了解背后的潜在机制
阴极电极中的钠嵌入/脱嵌以及定制机电
纳米级可充电钠离子电池中阴极的退化。纳米电池
由作为电解质的离子液体、阳极（金属钠）和阴极（锰）组成
氧化物纳米线）。氧化锰电极将经过电化学处理
使用传导原子力 (AFM) 和扫描隧道显微镜 (STM) 进行探测
在透射电子显微镜 (TEM) 内操作。拟议的研究
项目旨在为钠离子电池研究领域带来新的思路和动力。
智力优点：
现场研究将使四个相对未经探索的领域的研究成为可能：(i)
失效不稳定性和电导率损失的相关性
由钠化/脱钠引起的多相转变； (ii) 直径的作用
（表面效应）和主电极晶体学对钠离子嵌入/脱嵌的影响
机制； (iv) 研究钠枝晶纤维的形成和可能的安全性
的担忧。新的理解可以促进更安全、更高容量的设计
未来可充电钠离子电池的阴极电极。
分析数据的实验方法和协议不限于
氧化锰纳米线，并可以扩展到其他纳米材料（均用于阳极
和阴极）以实现可充电钠离子电池的新技术。
- 学院/学校：工程学院
- 系：机械与航空航天工程
- 奖励金额：154,000 美元
- 赞助商：美国化学会-石油研究基金
摘要：
使当前锂离子电池的比容量得到显着提高
（石墨负极，容量372mAhg-1），增加阳极的容量至关重要。最有吸引力的候选人
是已知容量最高的硅，超过 4000 mAhg-1。硅的一个主要缺点是，在将锂驱动到硅中时，大型机械
Si 中产生应力，导致 Si 断裂和粉碎，最终，
容量衰减。看来，有关机械和结构的细节
硅纳米结构的锂化/脱锂降解尚不清楚。
这项研究旨在填补这一空白。
目标是了解：
- 粉碎力学及其与Li的相关性xSi NR 中的 Si 相变；
- 尺寸尺度和晶体学对锂嵌入/脱嵌的作用；
- 在锂化/脱锂循环期间=租金收集器-NR界面的退化。
通过使用新型原位实时进行锂嵌入/脱出研究
在传输电子的室内运行的电化学装置
显微镜（TEM）。使用离子液体作为富锂介质，并使用纳米棒
使用扫描探针显微镜（STM 和 AFM）施加电势
TEM 内。锂化/脱锂 NR 的力学及其强度
与集电器的界面也在研究中。实验方法
分析数据的协议不仅限于硅纳米棒，还可以扩展
其他有潜力用作锂离子电池阳极的纳米材料。
