結構基因力學

結構基因力學（英語：mechanics of structure genome， MSG）是一種針對各點異質各向異性結構,例如複合材料結構，的多尺度本構模擬方法^[1]。該方法將材料的微觀結構與工程結構的宏觀力學行為聯繫在一起，因而可以直接用於具有複雜微觀結構的梁，板殼和三維實體結構的分析中。結構基因力學建立在變分漸近法^[2]的基礎上，通過最小化各點異質各向異性結構與均質化後結構之間的信息損失來保證結果的精度。結構基因是該方法的一個重要概念，其包含了原結構的最少所有的必要本構信息，因此，結構基因力學在一些情況下可以通過低維結構（一維或二維）預測複合材料結構的三維力學行為，因此具有較高的計算效率。

三維實體，板殼以及梁模型

結構基因力學中的實體模型可以看作一種用來求解各點異質各向異性材料和結構，例如複合材料，的等效特性的通用微觀力學模型。根據原結構的具體特點，其等效特性可以通過一維，二維或三維結構基因求解，該模型已成功應用在求解一些複雜微觀結構及邊界條件的新型材料的等效性質中^[3]^[4]。結構基因力學中還包涵了板殼和梁模型，板橋模型可以用於較薄的結構，而梁模型可以用於細長的結構。對於板殼模型，結構基因根據具體情況可以是一維，二維或者三維，而對於梁模型，結構基因只能是二維或者三維。

多尺度分析

基於結構基因力學的多尺度結構分析將原複雜結構的分析分解為三步。首先，根據原結構的特點選取合適的微觀結構基因，進而進行均質化分析求解等效本構信息。然後，根據等效本構信息定義宏觀均質結構的力學性質，再根據具體的荷載及邊界條件進行結構分析。最後，根據宏觀結構的結構響應，進行本構模擬中的局部化分析求解微觀結構基因內的應力應變場。運用該方法，複雜複合結構的宏觀響應與微觀應力應變場均可以很好的預測^[5]。

其他應用

除了分析各點異質各向異性結構的基本力學行為外，結構基因力學還用來分析結構的粘彈性^[6]，熱導性^[7]等其他問題。

參考文獻

^ Yu, W., 2016. A unified theory for constitutive modeling of composites. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 11(4), pp.379-411.
^ Berdichevsky, V., 2009. Variational principles of continuum mechanics: I. Fundamentals. Springer Science & Business Media.
^ Liu, X., Rouf, K., Peng, B. and Yu, W., 2017. Two-step homogenization of textile composites using mechanics of structure genome. Composite Structures, 171, pp.252-262.
^ Peng, B. and Yu, W., 2018. A micromechanics theory for homogenization and dehomogenization of aperiodic heterogeneous materials. Composite Structures, 199, pp.53-62.
^ Rouf, K., Liu, X. and Yu, W., 2018. Multiscale structural analysis of textile composites using mechanics of structure genome. International Journal of Solids and Structures, 136, pp.89-102.
^ Liu, X., Tang, T., Yu, W. and Pipes, R.B., 2018. Multiscale modeling of viscoelastic behaviors of textile composites. International Journal of Engineering Science, 130, pp.175-186.
^ Koutsawa, Y., Karatrantos, A., Yu, W. and Ruch, D., 2018. A micromechanics approach for the effective thermal conductivity of composite materials with general linear imperfect interfaces. Composite Structures，200, pp.747-756.

外部連結

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[1] Yu, W., 2016. A unified theory for constitutive modeling of composites. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 11(4), pp.379-411.

[2] Berdichevsky, V., 2009. Variational principles of continuum mechanics: I. Fundamentals. Springer Science & Business Media.

[3] Liu, X., Rouf, K., Peng, B. and Yu, W., 2017. Two-step homogenization of textile composites using mechanics of structure genome. Composite Structures, 171, pp.252-262.

[4] Peng, B. and Yu, W., 2018. A micromechanics theory for homogenization and dehomogenization of aperiodic heterogeneous materials. Composite Structures, 199, pp.53-62.

[5] Rouf, K., Liu, X. and Yu, W., 2018. Multiscale structural analysis of textile composites using mechanics of structure genome. International Journal of Solids and Structures, 136, pp.89-102.

[6] Liu, X., Tang, T., Yu, W. and Pipes, R.B., 2018. Multiscale modeling of viscoelastic behaviors of textile composites. International Journal of Engineering Science, 130, pp.175-186.

[7] Koutsawa, Y., Karatrantos, A., Yu, W. and Ruch, D., 2018. A micromechanics approach for the effective thermal conductivity of composite materials with general linear imperfect interfaces. Composite Structures，200, pp.747-756.

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