环境和材料资源是人类赖以生存的基础,环境治理保护和材料资源开发利用是人类发展持续性的有力保障。材料资源与环境问题往往是复杂系统问题,对其客观规律的深入认识、资源优化配置与有效调控、环境整治与灾害预测,有赖于发展相关的数学与系统科学方法。实践表明,数学与系统科学在材料资源和环境问题的研究中发挥了重要作用。因此,针对材料环境研究中的关键理论问题,设立数学与材料环境交叉研究部,发展相应的数学方法具有重大意义。
数学与材料环境研究部的成立,旨在联合国内外数学与材料环境学科相关力量,搭建一个数学与材料环境的相关学科交叉合作的高水平研究平台。现阶段,研究部设立三大研究专题:材料专题、能源专题、环境专题。
关于材料科学中的科学计算方法,研究部将重点研究非均质材料计算与设计中的跨尺度模型与算法和第一原理电子结构计算的实空间方法。材料是人类社会发展的物质基础和先导,发展先进材料体现了国家意志和国家利益,对提升国家综合竞争力和国防安全具有十分重要的战略意义。我们自上世纪90年代以来,在复合材料与结构的跨尺度模型与算法、第一原理电子结构计算方法以及拟连续体方法与分析等方面开展了卓有成效的研究,取得了突出成果,受到了国内外的关注。我们拟与我国有关科研部门合作,针对空天飞行器防隔热系统一体化设计与性能评价、高温合金材料以及典型低维纳米材料与器件研发,发展多物理场耦合的跨尺度数学模型与计算方法以及第一原理计算的实空间方法。
关于能源科学中的科学计算方法,研究部将重点研究精细油藏数值模拟软件和矿藏资源勘探方法的计算问题的研究。精细油藏数值模拟软件的核心是渗流力学的数值模拟,它一直是计算数学家及渗流力学专家最关注的领域之一,网格划分、离散格式、稳定性及计算速度等仍然是当前研究热点,千万节点的数值模拟是当前的发展趋势。油气资源是发展我国的国防力量与国民经济建设的最重要的资源之一,然而目前我国的石油生产还不能满足国内的需求,每年仍需从国外进口一亿多吨的石油,因此发展我国的油气生产已经成为我们国家最为迫切的任务之一。近年来,由于油气资源的勘探日益复杂,利用大型的计算机和先进的数学方法处理油气勘探地震资料,已经成为国内外油气勘探的最重要的手段。我们拟与我国有关石油部门进行合作,以期在这一领域的应用基础理论和实用计算方法上做出进一步的开拓,并取得具有实用价值的研究成果。
关于环境科学中的科学计算方法,研究部将重点研究滑坡碎屑流和泥石流的数值模拟;声波在复杂地质体中传播的高精度计算;地质构型与材料参数反演方法;分数阶微分方程及其在地下水污染中的应用及环境问题中动力学行为分析和混沌时间序列分析。我国正在进行大规模的基础设施建设及城镇化进程,亟需应对更加严峻的地质灾害和环境污染问题。滑坡、泥石流是经常发生的威胁到人类生命和财产的地质灾害,地下水污染则是影响到人类健康的环境污染问题。开展滑坡、泥石流等地质灾害的预警预测和地下水污染状况的调查评估研究对于实现人与自然和谐发展战略具有重大意义。网址:http://lsec.cc.ac.cn/chinese/ncmis/index.html