Special Guests
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Update Time: 2025-10-23 14:06:51 CST
丁陈森
北京大学
面向重大工程的小样本可行可信智能分析与设计方法
Abstract | Introduction
基于物理机理的高精度数值仿真在复杂工程问题中发挥着关键作用，但其建模过程复杂、计算成本高，难以满足大规模实时预测和优化设计的需求。近年来，以神经网络为代表的人工智能算法凭借其强大的非线性拟合能力和适应性，为复杂装备的力学仿真提供了一种新的范式。然而，这类数据驱动方法普遍存在可解释性和可信性不足、依赖海量高质量训练数据、模型训练与推理成本高、对噪声数据和非适定问题的处理能力有限等局限性，导致其在重大工程应用中难以用于支撑大规模多物理场耦合系统的精确预测与优化。 本报告将介绍课题组研发的新型智能计算架构，该架构融合物理知识与数据驱动方法，兼具强可解释性与可信性，特别是仅需少量数据、极小计算资源，即可实现低能耗、高效训练与推理。该架构已在装药点火反应全流程预测、大规模多尺度分析、高超声速飞行器撞击损毁多物理场预测及敏捷设计等诸多重大工程应用中展现出卓越性能。
丁陈森，北京大学博雅青年学者，力学与工程科学学院助理教授、研究员、博士生导师，国家级重点实验室建模与仿真研究室主任。长期致力于智能计算力学前沿理论、先进算法及自主软件研发，包括新型数值计算方法与工业软件开发、数据驱动/人工智能算法及其工程应用，以及重大高精装备的不确定性分析优化。 入选J科委海外人才引进计划、教育部海外人才引进计划及英国全球人才计划，主持国家自然科学基金面上项目、JKW基础加强基金项目、KGJ智能分析项目、科技部重点研发子课题、科技委重点子课题等多个重要科研项目。以第一/通讯作者在CMAME等领域顶级SCI期刊发表论文30篇；原创小样本、低能耗的可信智能计算框架与软件，摆脱了传统人工智能方法对大规模高质量数据的依赖，仅需小样本即可实现高效、高可靠性计算。成功解决了中国工程物理研究院、航空发动机研究院、三峡集团水利工程等多个关键工程难题，获院士专家与领军单位高度认可并应用。受邀担任波兰国家自然科学中心、国家自然科学基金委等评审专家，中国复合材料学会青年工作委员会委员、国际期刊JRSE和计算力学学报等青年编委；共同主办机械系统动力学国际会议(ICMSD)、全国塑性力学大会等会议，受国际工业与应用数学(SIAM)和欧洲应用科学计算方法大会(ECCOMAS)、全国计算力学大会、全国数据驱动计算力学研讨会、全国计算力学青年学术研讨会等邀请作专题报告30余次；任Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering、Applied Mathematical Modelling等近30个国际顶级权威期刊的客座编辑和审稿人。
马浩东
青岛大学
基于谱积分神经网络（SINNs）的弹性动力学分析
Abstract | Introduction
本文提出了一种新型物理信息神经网络算法—谱积分神经网络 (Spectral Integrated Neural Networks, SINNs)，并用于二维和三维弹性动力学问题的数值仿真。该方法通过全连接神经网络近似位移的二阶时间导数。随后，利用谱积分技术，将位移近似表示为其二阶时间导数的线性组合。最后，基于自动微分技术，并结合弹性问题平衡方程和边界条件，构造损失函数。此外在构建损失函数时，引入一种改进的数值实施技术，以保证边界条件的精确满足。数值结果表明，相较于传统的物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks, PINNs），SINNs在精度和计算效率方面具有明显的优势。
马浩东，青岛大学计算数学专业硕士研究生，主要研究方向是神经网络，谱积分方法。
马骁
青岛大学
非均匀介质声波模拟的机器学习-边界元耦合算法
Abstract | Introduction
本研究提出了一种新型的混合数值方法，用于模拟非均匀介质中的声波传播，该方法将物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）与边界元法（Boundary Element Method, BEM）结合。在所提出的框架中，BEM 被用于建模均匀介质区域的无限外部声场，充分利用其在处理无界域问题上的优势；而 PINNs 则用于求解内部非均匀介质区域的声场分布，借助其无网格特性和自动微分能力，能够高效处理复杂介质中的变速场问题。为了保证区域间的物理一致性，在界面上引入了声压和法向速度的连续性条件，并将其融入到 PINNs 的损失函数中，实现了 PINNs 与 BEM 的无缝耦合。与传统有限元方法（FEM）或单一边界元方法相比，该方法在处理非均匀区域时无需复杂的网格划分与数值积分，极大提升了计算的灵活性和适应性，同时避免了网格畸变和高维积分带来的数值困难。此外，该耦合框架能够在保持较高计算精度的同时，显著降低对先验几何和网格生成的依赖。通过典型算例的数值验证表明，所提出的方法不仅能够准确捕捉复杂介质中的声波传播特性，还在计算效率和鲁棒性方面表现出良好的优势，展示了其在多介质声学建模与声振耦合分析中的广阔应用前景。
青岛大学，主要研究方向是边界元结合物理信息神经网络求解声振响应问题
习强
河海大学
海洋环境中结构振动噪声模拟的计算方法研究
Abstract | Introduction
随着海洋工程的发展，船舶航运和海洋勘探等海事活动日益增多，船舶和水下航行器等海洋装备结构在航行和作业过程中不可避免地会受到机械激励产生振动响应与噪声污染，这不仅会影响舱内精密仪器的正常运行和海洋装备结构的声学隐蔽性，而且会破坏周围人类和海洋动物的生活环境。本次研究提出了一种基于有限元法和奇异边界法的混合计算方法用于模拟海洋环境中结构的振动响应与水下噪声传播。在混合计算方法中，有限元法被用于模拟结构的振动响应，奇异边界法结合格林函数被用于模拟海洋环境中的水下噪声传播分布，并通过结构表面的物理量连续性条件实现结构振动与海洋环境中水下噪声的数据交换。通过将有限元-奇异边界法的计算结果与解析解、实验结果和其他数值仿真结果的比较验证了本文所提有限元-奇异边界法的精确性和有效性。
习强，河海大学副研究员，主要从事海洋环境中结构声振耦合分析。主持国家自然科学基金青年项目、国家资助博士后研究人员计划（B 档）、江苏省卓越博士后计划等科研项目5项，研究成果获2022年度江苏省行业领域十大科技进展和2025年度江苏省力学学会科学技术奖一等奖，在Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering和科学通报等期刊发表论文20余篇，授权发明专利2项。
卞培良
河海大学
基于方向分解法的混合模式动态断裂自适应相场内聚模型
Abstract | Introduction
混合模式断裂行为在准静态和动态断裂中均具有关键意义。为研究准脆性材料中的动态混合模式断裂，我们开发了与速率无关的相场内聚区模型（PF-CZM）。该模型通过方向分解方案引入损伤诱导各向异性，采用修正G准则确定断裂面的取向，并建立多尺度框架以稳定已形成的裂纹方向。我们采用基于Julia语言实现的隐式时间积分方案求解控制方程，并通过自适应网格细化技术（AMR）加速计算。数值算例证实了该模型具有长度不敏感性特征，并能灵活捕捉破坏模式转变。特别值得注意的是，本研究揭示了动态巴西劈裂试验中的Y型裂纹结构源于中心I型裂纹与角部生成的II型裂纹的相互作用。该研究首次将方向分解方案应用于动态断裂问题，为准脆性材料动态混合模式断裂机制提供了新的认知。
卞培良，男，副教授，硕士生导师，南京航空航天大学博士毕业，力学与材料学院教师。主要研究方向包括新型复合材料的多尺度力学性能计算、基于相场方法的脆性断裂计算方法开发、非局部本构理论、复合材料界面性能建模分析等。以第一作者发表学术论文十余篇。
邓立克
重庆交通大学
一致非协调节点积分高效无网格法
Abstract | Introduction
无网格法仅利用节点位置信息即可建立高阶光滑协调的形函数，在处理大变形、移动边界、高阶问题等方面优势显著。但无网格形函数通常为有理式，且积分域与无网格影响域不规则相交，伽辽金无网格法通常需要采用高阶高斯积分才能得到较好的结果，计算效率相对较低。目前应用广泛的稳定节点积分方案能够满足积分约束条件，在一定程度上保证了精度和效率，但该方法由于辅助点的引入致使计算量大幅增加。本文综合了直接节点积分和稳定节点积分方案的优点，建立了高效、稳定且无需额外辅助点的一致非协调节点积分无网格法。在光滑梯度构造中，通过分离节点梯度光滑域和节点积分域，使得节点梯度光滑域能够完全建立在节点上，节点积分域则是节点梯度光滑域的比例缩放，满足节点积分权重要求。理论分析表明，完全节点离散的梯度光滑域虽不具有协调性，但所构造的节点光滑梯度严格满足伽辽金无网格法的积分约束条件。与稳定节点积分方案(SCNI)相比，当采用相同节点时，所提一致非协调节点积分方案与稳定节点积分方案的计算精度相当，且均可达到理论最优收敛率，但所提方法具有更高的计算效率。文中通过系列典型算例，系统地验证了一致非协调节点积分方案的计算精度和效率。
重庆交通大学土木工程学院讲师
公颜鹏
北京工业大学
基于虚单元法的多尺度电子封装热机械耦合分析
Abstract | Introduction
随着电子封装技术向小型化、集成化和高密度化方向发展，3D集成电路结构日趋紧密，功率密度持续提升。电子器件在服役过程中承受温度载荷、机械载荷等多种复杂载荷作用，热机械耦合效应对器件可靠性和使用寿命产生重要影响。然而，传统有限元方法在分析多尺度电子封装结构的热力耦合问题时存在网格数量庞大、计算效率低下的问题。为解决上述挑战，报告人提出虚单元法和有限元-虚单元耦合方法，用于分析具有几何多尺度特征的电子封装结构热机械问题。虚单元法通过为位移场和温度场构造投影算子，并通过映射对计算域进行高效计算。基于自由度定义和正交条件确定投影算子，单元内的双线性形式可分解为两个部分进行处理。相应地，虚单元刚度矩阵由协调刚度矩阵和稳定刚度矩阵两部分组成。虚单元法的核心优势在于支持任意多边形单元，具备良好的网格灵活性，允许局部网格细化而不影响全局网格拓扑结构。该特性使其在处理复杂几何形状和多尺度电子封装可靠性问题时具有显著优势。通过实施非匹配网格生成策略，该方法有效结合了复杂小尺度区域的多边形网格与大尺度区域的规则四边形网格。此外，虚单元法无需显式构造离散空间基函数，进一步提升了计算精度和效率。通过虚单元法与有限元法的耦合，本文构建了电子封装结构分析的优化流程。该耦合方法充分发挥两种数值方法的互补优势，克服了单一方法在复杂多物理场问题中的局限性。通过在不同区域采用适宜的数值方法，实现了电子封装结构在热机械载荷下力学行为的精确模拟和高效计算。
公颜鹏，北京工业大学副研究员，德国洪堡学者，硕士生导师。2023-2025年受德国洪堡基金会资助赴德国莱布尼茨-汉诺威大学开展博士后研究工作。主要从事电子封装力学问题、多尺度结构仿真、挠曲电材料力学行为及计算力学软件开发等前沿领域的研究。主持国家自然科学基金青年项目、北京市教委科技计划项目等多项重要科研项目，发表SCI论文50余篇，其中以第一作者/通讯作者发表高质量论文20余篇，合作专著1本。2024年入选北京市朝阳区‘凤凰计划’优秀青年人才。
牛家伟
大连理工大学
有限线法在瞬态传热问题中的应用
Abstract | Introduction
热传导作为自然界中普遍存在的物理现象，与工程实践及日常生活紧密相关，其规律性研究对现代科技发展具有重要意义。计算传热学作为传热学的核心分支，在航空航天等高端领域的热管理中发挥着关键作用。区别于主流数值方法对体单元离散或散点插值技术的依赖，有限线法（Finite Line Method, FLM）作为新型配点型无网格方法，通过离散点与交叉线系构建插值框架。该方法利用拉格朗日插值构造形函数，并结合弧长导数法推导偏导数表达式，进而通过递推技术实现了任意高阶精度算法格式的构建。本文依托有限线法的高效建模特性，针对非傅里叶热传导问题，构建了相应的数值求解体系。
大连理工大学在读博士生，导师高效伟教授、杨恺教授。主要研究方向有限线法在传热问题中的应用。
王东东
厦门大学
有限元和等几何分析中数值积分精度对频率收敛性的影响机理
Abstract | Introduction
对于基于等效积分弱形式的有限元和等几何分析方法，需要采用特定的数值积分方案构造相应的离散方程。计算结果表明，数值积分方案对频率计算精度有着非常显著的影响。例如，在欧拉梁有限元振动分析中，当采用集中质量矩阵时，简支梁的频率结果呈现4次收敛，但悬臂梁的频率收敛率仅为2次，出现典型的频率精度掉阶问题。本报告从等效积分弱形式的积分精度条件出发，阐明欧拉梁有限元分析中频率精度掉阶的原因在于传统集中质量矩阵对应的节点积分精度不足，导致其不满足变分一致性条件。接着，从保障质量矩阵最优收敛性的数值积分精度出发，针对不同阶次埃尔米特梁单元，利用梯度增强节点积分方案构造了收敛性更优的梁单元分块对角和高阶质量矩阵。在此基础上，借助于等几何分析基函数的张量积形式，从理论上揭示了数值积分方案需要满足的变分一致性条件，为发展超收敛积分方案提供了理论基础。随后，针对常见的二阶和四阶问题，从理论分析和数值验证两个方面，系统分析了若干等几何数值积分方案的变分一致性和频率收敛性。
王东东，厦门大学土木工程系教授，主要研究领域为计算力学与结构高性能静动力数值仿真分析。在高效无网格法、等几何分析与无网格法的协同计算、超收敛结构振动分析等方向发表论文130余篇。曾获亚太计算力学学会青年学者奖、钱令希计算力学青年奖、国际华人计算力学学会Fellow奖、ICACM奖及杜庆华工程计算方法奖等奖励。
