针对多物理场、多尺度问题中结构的设计、分析和评价问题，以计算力学为核心，交叉融合电磁学、声学、热学等多学科，开展结构优化设计方法、高效高精度仿真分析方法等基础算法研究，开发自主知识产权计算软件，打造先进结构设计、分析和性能评价的“战略软装备”，为航空、航天、能源、海洋等领域装备结构的跨代升级贡献关键力量。

细分方向1：冲击侵彻问题的高效高精度无网格算法

针对爆炸毁伤、冲击侵彻等涉及材料特大变形破坏的强非线性力学问题，发展了高精度高效率的无网格算法及其与其他网格类方法（包括有限元法、有限体积法等）的耦合算法和多尺度算法，实现了强流固耦合结构破坏过程、高速/超高速碰撞过程的高保真计算模拟分析，为航空航天、船舶、防护工程领域内的抗冲击结构设计分析提供了技术支撑。

细分方向2：金属增材制造“过程-组织-性能”数值模拟方法

针对金属增材制造技术的控形控性问题，发展了制造过程的多尺度多物理场耦合算法、材料凝固微观组织预测算法、成形材料静/动力学性能评价算法，实现了“制造过程-微观组织/结构-力学性能-服役性能”的计算模拟分析，为金属增材制造技术工艺优化提供了技术支撑。

细分方向3：结构动力学优化与多材料多尺度拓扑优化

在结构动力学优化方面，提出了周期及拟周期运动时域和频域类非线性动力学简约空间优化设计等方法，出版了专著《结构动力学优化》。在结构多材料多尺度优化方面，提出了单变量离散组合优化松弛模型，基于等几何有限元分析方法，针对结构化网格和非结构化网格，建立了单变量多材料多尺度拓扑优化设计方法，避免了传统方法材料闭包等非物理解问题，实现了设计变量的高效降维，提升了复杂结构拓扑优化的计算效率，并应用于多个工程结构。

细分方向4：结构振动分析与优化设计

在计算结构动力学方面，针对复合材料板壳结构的振动问题提出了辛空间波传播方法；在多尺度拓扑优化问题，提出了基于扩展多尺度有限元方法的层级结构静/动力学拓扑优化方法；开发了结构动力学分析及拓扑优化软件PyDesign。

细分方向5：先进结构与材料波动力学及智能设计

围绕先进结构与材料中弹性波/声波的传播与控制问题，构建了弹性波/声波超构材料的新波动调控模型，发展了具有定制化波动功能（低频隔/抑振、声隐身、超声成像、声全息、声通讯等）的超构材料逆向设计方法，建立了机器学习驱动下含百万微结构的大规模全息优化框架，提出了水声变模超表面的新概念，厘清了波动行为与微结构拓扑的关联，进而开展水下装备声学覆盖层、复合材料超声无损检测、医学超声成像、声镊子等技术的应用探索。

细分方向6：智能化电磁波动多物理场响应材料设计方法

针对电磁波场、声波场、流体力学场散射响应设计及评价问题，开展基于复杂图案的电磁波动场响应材料设计方法研究，实现多物理场响应材料设计，探索其实时调控方法和技术途径，进行电磁波场及声波场反射幅度、相位等散射响应特性的机理研究、特性分析评价，为装备隐身伪装多功能材料提供机理支撑和基础材料结构样式。

细分方向7：流固耦合和多物理场耦合数值模拟方法

针对不可压缩流体和大变形固体的耦合问题，建立了浸入物质点有限元法，发展了任意拉格朗日欧拉描述的有限体积-有限元耦合方法，实现了考虑结构大变形和自由液面演化的流固耦合问题求解。针对可压缩流体和结构耦合问题，发展了基于高精度有限差分法、虚拟流体法和浸入边界法的流固耦合算法，实现了对高速飞行器动力学问题、爆炸驱动流固耦合问题的高精度求解。有力支撑了航空、航天、能源、国防、海洋等领域多物理场耦合分析的需求。