轻质、高强高韧、高抗冲击性、智能化的新型仿生非均质结构材料在国防安全、深空探测等前沿领域具有广泛应用，揭示仿生材料内多层级结构变形破坏模式和力学信息传递机理是固体力学与材料科学等多学科交叉的基础科学问题。
生物和仿生非均质结构材料的多尺度、多场耦合力学
发展整合原子模拟和连续介质力学理论的多尺度、多场耦合力学模型，探索生物结构材料在力、热、辐射等极端物理场下的基本结构-性能关系，为高强高韧仿生结构材料制备提出力学设计策略。
生物和仿生非均质结构材料断裂行为的力学分析与调控
基于断裂力学理论、相场模拟和断裂测试，探索生物结构材料内多种断裂模式间的竞争与协同作用，追踪复杂裂纹面的时空演化特征，优化设计仿生结构的断裂韧性。
抗冲击仿生非均质结构的设计、制备和测试
结合有限元模拟、3D打印和落锤冲击测试等，探索生物结构材料内多种动能耗散模式间的竞争与协同关系，通过设计内部界面和结构实现仿生材料的抗冲击性能优化。
基于机器学习的高性能仿生力学超材料设计
利用力学理论、相场法、有限元、3D打印和力学测试，结合机器学习，优化设计仿生力学超材料的综合力学性能，并针对目标性能提出超材料特征逆向设计。