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    中科院長春應用化學研究所與山東大學合作，在“高分子及復合材料制備-結構-性能相關性的有限元分析與優化設計”方面取得突出進展，定量揭示了高分子材料制備-結構-性能的相關性及其規律，發展了材料制備過程的優化設計系統，自主開發的模擬軟件得到了很好的應用，日前該成果榮獲2010年度吉林省科技進步獎一等獎。

    高分子及其復合材料的工業化制備過程復雜，材料往往處于非等溫、非等壓、復雜流變狀態，而且伴隨著化學熱效應、凝膠效應、粘性耗散熱效應等現象，導致材料結構和性能在時/空間內的非均勻性，進而影響材料的使用性能。國內外很多學者致力于該問題的研究，希望能揭示在復雜加工條件下材料制備-結構-性能的相關性及其規律，實現材料的優化設計和最佳加工窗口的遴選，但在數值模擬復雜制備過程、實現集成研究以及定量揭示材料結構和性能的時間演變與空間分布規律等方面進展甚微。

    長春應化所和山東大學從揭示材料性能定量調控機制、實現材料制備過程優化設計等關鍵科學問題出發，于2002年開展了“高分子及復合材料制備-結構-性能相關性的有限元分析與優化設計”的研究。綜合應用有限元方法、Monte Carlo方法、增量理論、反應統計學、化學流變學、優化設計等學科知識，采用實驗研究、理論研究與數值模擬相結合的方法，在高分子材料的凝膠化轉變、聚烯烴的反應擠出、纖維復合材料的液態模塑成型等有代表性的材料制備過程中，首次以凝膠制備過程的有限元模擬作為目標函數求解方法，以遺傳算法作為材料組分和制備條件的搜索尋優方法，建立了凝膠化轉變過程優化設計的計算機模擬系統，實現了在凝膠制備過程中的反應控制、結構控制以及性能調控；定量地揭示了在非等溫、非等壓等復雜加工條件下化學反應對高分子材料結構和流變性質的影響規律，首次數值分析了在聚合反應擠出過程中化學熱效應和凝膠效應的耦合作用；揭示了缺陷種類、含量及分布對復合材料力學性能和破壞行為的影響規律。豐富了凝膠化轉變、反應擠出以及復合材料制備與破壞的基礎理論和研究方法。

    該項成果共發表研究論文30余篇，被國家版權局授予計算機軟件著作權3項。從技術上有效支撐了多個國防項目，有力地促進了碳纖維復合材料在我國航空航天等領域的應用和推廣。同時，為企業提供了技術支持，自主開發的橡塑制品熱固化工藝模擬軟件和聚烯烴反應擠出模擬軟件得到了很好的應用，使企業取得了顯著的經濟和社會效益。