嫦娥六号任务首次成功从月球背面南极-艾特肯盆地采集并返回了1935.3克的样本[1]，[2]，为研究月球近侧和远侧之间的地质差异提供了宝贵的材料[3]。然而，由于样本数量极其稀少，传统的破坏性机械测试方法难以应用。如何在不破坏样本的情况下充分利用现有的显微图像数据来获得可靠的机械参数，已成为当前月球岩土力学研究中的一个关键科学问题[4]。这个问题对未来月球基地建设和岩土工程应用具有重要意义[5]，[6]。
为了解决这一挑战，本研究的核心在于选择适当的技术方法。我们分析了三种可能的解决方案：（1）仅基于二维参数进行二维数值模拟无法考虑三维分子结构[7]，[8]；（2）使用FIB-SEM等方法获取真实的三维数据虽然准确，但会不可逆地损坏珍贵样本[9]，[10]，[11]；（3）因此，采用各向同性假设构建近似模型是最可行的方法[12]。
关于各向同性假设，本研究并不认为月球玄武岩本质上是各向同性的[13]，[14]。采用这一假设是为了从二维截面图像重建三维微观结构，这与已建立的材料科学方法一致。先前的研究表明，对于各向同性微观结构，来自单个二维截面的统计数据可以通过将二维两点相关函数与完整的三维统计数据进行关联来重建整个三维结构[15]。迁移学习方法已经成功地将合金、多孔介质和多晶体的三维微观结构重建为特征匹配优化问题[16]。此外，基于表面图的稳健重建方案也已在两相材料中得到验证[17]。这些研究证实，基于各向同性假设的方法可以有效捕捉异质材料中的相分布。遵循这些方法，我们使用类似的重建方法获得了样品中矿物相的三维空间分布数据。然后，我们引入了一个各向异性损伤本构模型，该模型在微观结构层面明确考虑了晶体取向的方向依赖性，从而解释了各种晶体的各向异性损伤行为[18]，[19]。随着多尺度材料力学的进步[20]，这也使得基于分子动力学的微米级样本的机械预测更加准确。
基于上述考虑，本研究建立了一个多尺度建模框架，该框架整合了分子动力学（MD）、代表性体积元素（RVE）均质化和有限元方法（FEM）。对于嫦娥六号样本CE6C0100YJFM002-014的扫描电子显微镜图像，我们开发了一种基于三视图约束的形态拓扑引导体素区域生长（TriView-MTGR）方法，成功重建了三维数字核心并进行了单轴压缩数值模拟。该方法通过整合不同视角下的二维SEM图像信息，在各向同性约束下推断出三维结构，避免了直接三维扫描的破坏性问题。本研究获得了月球背面玄武岩的首批量化机械参数：杨氏模量为54.2-55.2 GPa，抗压强度为349.7 MPa。这些数据不仅填补了月球背面玄武岩力学数据的空白，而且建立的多尺度框架和三维重建方法也为月球岩土工程提供了重要的理论基础和数据参考。
