交叉力学中心近期在固体力学专业期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》、《Journal of Applied Mechanics》和《Extreme Mechanics Letters》上连续发表研究论文，阐述了跨尺度计算的新方法。论文第一作者为毕业博士王鹏，通讯作者为王宏涛教授、高华健院士和杨卫院士。

       分子动力学方法对于深化理解原位实验观察微观变形机理具有重要意义。对于具有广泛应用的合金体系，在经典的镶嵌原子势框架下，所需赝势个数以合金组元数平方的趋势增加，因此难以获得可靠的合金势函数，使多组元合金分子动力学研究严重滞后于理论与实验进展。解决该瓶颈问题的关键在于深刻认识合金成分如何影响力学行为。前期在大量透射电子显微镜原位实验研究，发现单相固溶合金力学行为仅取决于Bravais晶格类型以及基本属性参数，原子分辨率观测无法区分不同元素原子特征，仅体现原子集合体特点。以上研究表明合金成分主要通过材料属性深刻影响力学行为，合金材料与完备材料属性参数集合“等价”，据此提出“相似性假设”，包含两个层面含义：(1)两个系统具有相同材料属性，则其宏微观力学行为相同；(2)描述的准确程度仅取决于材料属性集合完备性。以此为基础提出“介原子分子动力学”方法，利用单一赝势拟合合金体系属性，主要包括四类参数：(1)几何属性，如晶格类型及参数；(2)力学属性，如各向异性弹性常数；(3)能量属性，如低指数表面能、内聚能、空位形成能、层错能及不稳定层错能；(4)稳定性属性，如声子谱、相变能垒、Rose方程。申请人针对“介原子”方法提出了一组新的基函数，并开发了相应优化算法程序。以具有重要工程应用的孪晶诱发塑性钢为例，发展了相应势函数，用大规模分子动力学研究了变形孪晶形核、长大及其与位错的交互作用，模拟结果与实验观察一致。模拟进一步揭示了实验中难以观察到的物理机制，如层错相交形成空位管等。基于“介原子”模型，申请人建立了层错能、不稳定层错能和不稳定孪晶形成能（刻画金属材料变形机制的主要参数）之间的代数关系，从而将三个“基本”材料属性参数简化为两个。以上工作突破了多组元合金原子尺度模拟瓶颈，极大降低合金势函数的发展难度，从而能有效的将相变路径等物理机制引入到势函数优化中，为研究合金相变强韧化等传统分子动力学方法难以涉及的领域奠定基础。

       介原子势函数基于EAM框架，其简洁性带来了高计算效率，必然对于复杂缺陷构型的精确描述能力随之下降。神经网络势函数具有高度灵活性，同时拟合数据不限于少量材料参数，因此可以准确刻画复杂构型，其代价是降低了计算效率。通过发展数据同源的势函数，提出了结合两种势函数的方法同源的分子动力学模拟方法，同时实现了高效率与高精度。

       相关工作得到国家自然科学杰出青年基金等项目的资助。