Special Guests
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Update Time: 2025-10-23 14:06:51 CST
姚学昊
苏州科技大学
流体冲击致结构破坏PD-SPH模拟方法研究
Abstract | Introduction
流体冲击结构物是一类涉及复杂流动运动、强非线性流固耦合及结构大变形与损伤破坏演化的关键力学问题。为准确高效地模拟此类问题，本文提出了一种耦合近场动力学（Peridynamics, PD）和光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH）的无网格数值方法。在该框架中，采用SPH方法模拟流体域，利用PD方法模拟固体结构的力学行为及其在流固耦合作用下产生的断裂等不连续现象，从而充分发挥二者的优势。针对空间多分辨率流-固界面处理，提出了高精度满足界面边界条件的PD-SPH伪装虚粒子（Disguised Ghost Particle, DGP）耦合方案，确保两相介质间交互信息的准确稳定传递。通过海啸波冲击近岸混凝土墙等典型问题的模拟分析，验证了PD-SPH方法在捕捉流体运动、结构变形与破坏特征方面的有效性。基于此，进一步开展了重力坝水下爆炸毁伤问题的数值研究，详细分析了重力坝在动态荷载作用下的破坏过程，证明了耦合方法在预测和分析流体冲击作用下工程混凝土结构损伤与破坏行为方面的潜力。
研究方向为多物理场仿真新方法与结构可靠性分析，研发了具备自主可控的多方法（FEM、PD、SPH、DEM等）联合仿真模型与高性能平台，并已应用于路面射流破碎、弹体侵爆、页岩气开采等多个领域。 已发表论文10余篇，参与国家自然科学基金项目、全国重点实验室开放基金项目、国防科研项目等课题多项。
赵铭钧
清华大学
修正偶应力理论框架下二维C1虚元法的构建与无稳定格式研究
Abstract | Introduction
微纳尺度力学行为中普遍存在的尺寸效应，对传统连续介质理论构成了新挑战。为精准捕捉此类尺度效应，应变梯度理论（SGT）、偶应力理论（CST）等高阶连续介质理论应运而生。但传统有限元方法在构造满足C1连续条件的单元时，存在形函数构造复杂等固有难题。与之相比，虚元法（VEM）凭借对单元几何形状的高度适应性，以及在构造任意阶连续单元方面的独特优势，为破解这一困境提供了新思路。本研究基于二维修正偶应力弹性理论，创新性地构建了一类C1连续的虚元法，涵盖有稳定项和无稳定项两种格式。具体研究工作包含四个关键部分：其一，建立有稳定项格式的完整数学理论框架，包括构造虚元空间、定义能量投影算子，并严格证明该方法在L2范数下的最优收敛性；其二，通过增强虚元空间，引入更高次多项式的L2投影进行约束，构建无稳定项格式；其三，针对工程应用需求，详细给出刚度矩阵组装、稳定项处理等关键步骤的数值实现流程；其四，通过分片测验、Cook膜等基准算例，系统验证该方法在计算精度、网格适应性和收敛速度等方面的优越性能，充分彰显其在微纳尺度结构分析中的应用潜力。
赵铭钧，出生于1999年，男，江苏人，博士生，主要从事新型高性能数值计算方法研究。
赵丽滨
河北工业大学
先进复合材料连接结构的破坏理论和预测方法
Abstract | Introduction
先进复合材料结构的大型化和整体化是飞机机体结构复合材料化的主要趋势。连接是实现飞行器结构大型化和整体化的主要手段，也是结构承载和传载的薄弱环节，直接决定了复合材料结构的承载能力。随着复合材料从不承力或小承力结构逐步向次承力结构和主承力结构应用，承载要求日益增加，结构也趋于三维化和复杂化。针对复合材料结构多尺度/多重损伤模式耦合扩展的渐进失效特征，报告人团队通过解耦复合材料结构面内失效和层间失效，建立了先进复合材料结构静强度、疲劳强度和损伤容限理论，并针对螺栓连接和非平面胶接连接等复杂结构，系统发展了复合材料连接结构的破坏理论，提出了一系列高精度的强度预测方法，准确地预测复合材料结构的破坏，相关方法应用于飞机、导弹和火箭等飞行器复合材料结构，有效解决了工程实际问题。
赵丽滨，河北工业大学机械工程学院院长、教授、博士生导师。教育部“长江学者”特聘教授、天津市领军人才、先进智能防护装备技术教育部重点实验室主任、河北省跨尺度智能装备技术重点实验室主任，兼任中国力学学会理事、北京力学会副秘书长、河北省力学学会理事等。 主要研究方向包括：高端装备结构使役性能分析、测试和评价、先进复合材料结构的破坏理论和预测方法、飞行器结构全寿命周期的智能监测和检测、飞行器结构强度数字孪生和数智实验、智能材料与结构/机构，与智能检修机器人。主持国家自然科学基金重点、面上和青年项目5项、863项目4项、工信部民机专项2项、航空航天院所型号预研与攻关项目60余项。获中国力学学会全国徐芝纶力学优秀教师奖、中国复合材料学会青年科学家奖、杜庆华力学与工程奖优秀青年学者奖、中国航空工业集团有限公司科学技术奖等。出版专著两部、教材两部。发表SCI/EI论文170余篇；授权发明专利40余项；登记软件著作权10余项。研究成果解决了6个航天型号归零难题，并在航空航天10余个型号研制中发挥了重要作用。
高海峰
太原理工大学 航空航天学院
基于水平集的边界元拓扑优化方法
Abstract | Introduction
拓扑优化作为一种创新的设计方法，在结构轻量化、材料分布优化及多物理场耦合设计中具有广泛应用。传统的拓扑优化方法多依赖于有限元法，但其计算成本高、网格依赖性强的缺点限制了其在复杂问题中的适用性。边界元法仅需离散边界，显著降低了计算维度，尤其适用于无限域或移动边界问题。然而，传统边界元法在拓扑优化中面临灵敏度分析复杂、拓扑变化描述困难等挑战。为此，本研究提出一种基于水平集的边界元拓扑优化方法，该方法采用伴随变量法求解拓扑变分问题，通过构造伴随场物理模型，推导了目标泛函随拓扑改变时的拓扑导数。构建水平集函数在虚拟时间下的进化方程，在该方程中加入拓扑导数以及Tikhonov正则化，在基于拓扑导数更新水平集函数的同时考虑当前水平集函数曲率，引入曲率对优化结构的影响，结合水平集函数的隐式边界描述能力与边界元法的降维优势，将水平集函数的等零线与边界单元进行紧密关联，实现了弹性与声学问题的高效拓扑优化设计。为弹性、声学问题提供了高效、高精度的拓扑优化工具。
高海峰，太原理工大学航空航天学院副教授，硕士导师，毕业于日本名古屋大学，机械理工学专攻，电子机械分野，获得机械科学与工程专业博士学位，在计算力学、仿真数值方法、拓扑优化方法、碳纤维复合材料、新型储氢容器设计等领域发表 SCI 论文30余篇。主持参与多项国家基金、科技部重点研发、国防类项目等多项重大重点项目以及省部级基金、横向课题。授权国家发明专利9项。在河北梵钰科技有限公司担任首席专家负责管理多项材料损伤检测技术、智能监测技术、仿真算法等方面项目。目前担任《Applied Sciences》期刊专栏主编，《Composites Communications》、《振动与冲击》、《Computer methods in Applied Mechanics and Engineering》、《Engineering Analysis with Boundary Elements》等多个国内外期刊审稿人，兼任中国力学协会会员，日本计算数理工学会会员，受邀担任美国《数学评论》评论员。
高正罡
上海大学
多分辨率近场动力学方法及其在断裂模拟中的应用
Abstract | Introduction
摘要：近场动力学（Peridynamics, PD）作为一种有效的非局部理论，已被广泛应用于预测材料失效的起始与扩展。然而，在大规模计算中，PD常面临较高的计算成本问题，目前常见的解决方案是将PD与其他高效数值方法耦合（如PD-有限元耦合），但这往往需要处理不同本构模型之间的过渡区域，难以保证界面处本构关系的一致性。为此，本研究提出了一种多分辨率近场动力学（Multiresolution PD, MPD）方法，其核心创新包括：（1）在局部区域和远场区域均采用相同的PD本构模型，从而消除了局部与非局部耦合中常见的界面本构不匹配问题，并保持了原PD理论的一致性；（2）通过引入广义有限元形函数插值，MPD在减少模型自由度的同时，有效解决了PD计算中的边界效应问题。通过界面相容性测试、平板拉伸和裂纹扩展等数值算例的验证，并与传统PD方法进行对比，结果表明 MPD 方法在保持 PD 理论一致性与断裂模拟能力的同时，显著降低了计算成本并提升了整体稳定性。研究展示了 MPD 方法在大规模断裂与失效分析中的潜力，为非局部建模的工程应用提供了高效数值框架。 关键词：近场动力学；多分辨率近场动力学；局部-非局部模型耦合；界面相容性；边界效应
高正罡(2001-), 男, 福建人, 硕士研究生，主要从事计算力学研究. E-mail: gaozhenggang@shu.edu.cn
高晓彤
青岛大学
超薄涂层结构III型界面裂纹的断裂力学分析
Abstract | Introduction
超薄涂层材料和结构的理论与应用是固体力学领域中经典而又富有活力的研究领域之一。在现代工程中，涂层的相对厚度（狭长比）通常处于微米甚至纳米尺度，受其厚度尺寸的影响，涂层结构断裂力学的精确数值模拟面临极大挑战。长期以来，边界元法成功模拟断裂力学问题显示了其巨大的发展潜力和重大优势。本文提出了一种改进的边界元方法，在裂纹尖端区域引入新型“特殊裂尖单元”，能够精确捕捉裂纹尖端的位移场与奇异应力场。该方法可通过裂尖单元的张开位移直接求得应力强度因子（SIF），无需依赖J积分、相互作用积分或虚拟裂纹闭合技术等间接计算方法。本文以超薄涂层结构Ⅲ型界面裂纹问题为例，验证了所提算法的有效性。数值算例表明，即使涂层结构的相对厚度达到微米甚至纳米级，应力强度因子的数值解依然可以得到满意的解答，显示出良好的精度与适用性。
高晓彤，女，2002年生，青岛大学硕士研究生，研究方向计算力学，聚焦边界元法的理论与应用研究。
高康程
青岛大学机电工程学院
一种基于径向基函数的各向异性材料热传导正问题和反问题的物理信息框架
Abstract | Introduction
本次报告将介绍一种将物理信息神经网络（PINNs）与径向基函数（RBFs）相结合的物理信息框架，用于解决各向异性材料中的二维（2D）正向和逆向热传导问题。该方法创新性地利用 PINNs 自主优化 RBF 中的源点分布和形状参数。通过将源点的一维（1D）角坐标作为输入，该框架通过全连接网络生成径向距离，并通过坐标变换映射到源点位置。借助 RBF 表达式和自动微分技术，基于控制方程和边界条件构建了损失函数。所提出的框架将输入从传统的二维笛卡尔坐标减少到一维角坐标，并同时优化源点分布和形状参数，从而确保了方法的准确性和效率。数值实验表明，该框架所达到的全局误差相较于传统径向基函数配置方法降低了 2 到 5 个数量级。对于含 5%噪声的逆 Cauchy 问题，所开发的方法保持了令人满意的精度（相对误差≤3%），验证了其在不适定情况下的稳定性。与现有的诸如物理信息神经网络（PINNs）和径向基函数配置方法相比，所提出的框架提供了更精确和稳定的解，从而提供了更可靠的数值结果。
本人就读于青岛大学机电工程学院，研究方向为计算力学，现已在《International Journal of Heat and Mass Transfer》发表论文一篇。
高效伟
大连理工大学
辅助配点强形式自由单元法及其在挑战性力热问题中的应用
Abstract | Introduction
自由单元法是一种吸收了有限元法与配点型无网格法优点的新型数值方法，由于其可在配置点根据学科要求（如迎风格式）自由地建立独立的局部单元，可以用统一的算法格式求解固体力学、流体力学、热学、声学、电磁等问题。强形式自由单元法（SFrEM）具有使用简单、计算效率高等优点，但稳定性要比弱形式自由单元法（WFrEM）和有限元法差一些。本文通过对各种强弱形式的算法特点进行调查分析，发现节点影响域与算法的精度与稳定性具有非常密切的关系。基于此现象，本研究提出一种在每个配置点加以辅助配点的强形式自由单元法（ACP_SFrEM），在不增加计算模型自由度的特点下，可以有效提高SFrEM的精度与稳定性。该算法不需要任何积分，但可以达到有限元法与有限线法的精度与稳定性，甚至超过WFrEM。论文将用所提算法求解一些SFrEM和有限元法解决不好的挑战性力热问题，如：薄板弯曲、热流跳跃边界、L型应力集中、贯穿裂纹、变截面管流等，展示ACP_SFrEM的有效性。
高效伟，大连理工大学领军人才、国家重大专项专家组成员、中国航空学会理事、EABE副主编、IJCM和《推进技术》编委。从事计算力学、计算传热学、气动弹性、热流固耦合等方面的新型数值方法研究，主持过美国航天局、国家重大专项等项目40多项，发表中英文专著4部、SCI检索论文280余篇。获国际华人计算力学会士奖、教育部与辽宁省自然科学奖等，2022、2024年入选斯坦福大学发布的全球前2%科学家榜单。提出了径向积分边界元法，可以将任何域积分转换成边界积分；建立了一种新的强形式有限元法--单元微分法，便于使用任意高阶的等参单元与谱单元；创建了强、弱形式的无网格法--自由单元法，可用统一格式求解多学科及其耦合问题；近年来创建了一种全新的数值方法—有限线法，是一种最简单、解题能力强大的数值方法。开发的多物理场耦合分析软件系统FREMAN和气动弹性软件DEFAIR已在航天部门和商飞公司得到了使用。
顾鑫
河海大学
Peridynamic Modeling and Implicit Solution for Hydrogen Embrittlement Fracture: Coupling Diffusion and Deformation via Multi-mechanism
Abstract | Introduction
Hydrogen embrittlement, a prevalent failure mode of metallic materials in hydrogen-containing environments, poses a widespread threat to the service safety of key structures in the energy, transportation, chemical engineering, and other fields. This often leads to unforeseen brittle fracture of components, resulting in severe economic losses and potential safety hazards. To address this issue, this study proposes a fully coupled peridynamics for hydrogen diffusion and hydrogen-induced deformation and fracture. Specifically, the peridynamic hydrogen embrittlement model integrates the interaction mechanisms of hydrogen-enhanced local plasticity (HELP) and hydrogen-enhanced decohesion (HEDE). A hydrogen concentration-dependent bond-based peridynamic elastoplastic model is developed, and a hydrogen concentration-related bond breakage criterion is introduced to accurately characterize the influence of hydrogen on the mechanical properties and fracture behavior of materials. To efficiently solve the coupled system, a high-performance implicit staggered solution is further developed, for which the backward Euler implicit method is adopted to solve the hydrogen diffusion stably and efficiently, and the Newton-Raphson method is used to solve the elastoplastic deformation and quasi-static fracture in hydrogen embrittlement accurately and efficiently. The proposed theoretical model and numerical algorithm can efficiently reflect the hydrogen diffusion in materials, the hydrogen-induced deformation, and the crack initiation and propagation, providing a powerful theoretical and numerical tool for in-depth understanding of hydrogen embrittlement mechanisms and evaluating the safety of structures in hydrogen-containing environments.
顾鑫，博士、河海大学力学与工程科学学院副教授、硕士生导师。担任南方计算力学联络委员会委员、江苏省力学学会青年工作委员会委员，以及《计算力学学报》、《应用数学和力学》和《应用力学学报》青年编委。主要从事计算力学理论与新型数值方法、近场动力学和非局部理论、材料与结构破坏的多物理场多尺度力学、冲击动力学、水利土木能源工程中的力学问题分析等科学研究。主持负责科研项目8项，以项目骨干身份参加科研项目十余项。合作出版专著1部，发表论文73篇（48篇SCI、9篇EI、15篇中文核心、1篇国际会议），取得14项软件著作权，授权或受理10项发明专利。
