Special Guests
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Update Time: 2025-10-23 14:06:51 CST
李皓男
河北经贸大学
基于Hellinger-Reissner变分原理的新型平面八节点杂交板元及其在非局部效应分析中的应用
Abstract | Introduction
本文基于Hellinger-Reissner变分原理，以位移和内力作为独立变量，提出一种用于分析Eringen非局部效应的平面八节点板单元（MHAS-24β）。该单元包含24个独立内力参数，能够有效模拟静态弯曲、自由振动和屈曲等力学行为。采用Mindlin板理论可使广义位移满足"C" ^"0" 连续性要求，使其适用于从薄板到厚板的广泛范围。为消除剪切自锁现象，通过假定应变法对原始应变场进行修正。所构建的内力多项式与变量的最高阶导数相关联，既保证插值函数完备性，又有效避免零能模式。误差分析结果表明，该单元的收敛阶次不受非局部参数、板厚或单元形状的影响。数值算例证实，MHAS-24β单元能够准确捕捉Eringen非局部效应，其计算性能优于文献中所述的位移型有限元及低阶杂交有限元方法。
无
李锐
大连理工大学
板壳膜结构力学的创新理论方法与应用
Abstract | Introduction
板壳膜结构是广泛应用于飞机壁板、火箭加筋壳、潜艇耐压壳、生物电子器件薄膜等的重要薄壁结构，其关键行为分析与结构设计至关重要。报告人近年来提出和发展了辛叠加方法、有限积分变换方法、拟线性-精细积分方法等，实现了复杂约束下板壳膜结构弯曲、振动、屈曲、降解等系列问题的高效高精度理论建模与求解，并创新了相关结构设计方法。本报告旨在总结上述研究的主要进展，并介绍其代表性学术影响与实际应用。
李锐，大连理工大学力学与航空航天学院万勰讲席教授，博士生导师，工程力学研究所所长。长期从事板壳膜结构力学理论与应用研究，曾获国家优青、辽宁省杰青、大连市杰青、首批中国科协青年托举人才、首批兴辽英才计划青年拔尖人才、首批教育部课程思政教学名师等荣誉。现任中国力学学会青托委员会副主任委员、理性力学和力学中的数学方法专业委员会委员、对外交流与合作工作委员会委员，中国航空学会数字孪生分会委员，辽宁省飞行器结构强度数字孪生重点实验室副主任，某飞机设计研究所主任设计师，14种国内外期刊编委/青年编委。发表SCI论文130余篇，他引4000余次，主持国家自然科学基金等项目30余项，研究成果成功应用于我国新型海空重大装备及新兴生物电子器件中的板壳膜结构分析与设计。
邱林
青岛大学
基于谱积分的神经网络算法
Abstract | Introduction
在动力学问题的数值求解中，基于深度学习的物理信息神经网络(Physics Informed Neural Networks, PINNs)近年来引起了广泛关注。尽管PINNs在处理复杂物理问题上展现出一定的优势，但其在求解三维动力学问题时，常常面临着收敛速度慢、计算精度不足及计算效率低下等挑战，尤其在长时间、大步长的瞬时动力学模拟中表现尤为突出。针对这些问题，本文提出了一种全新的神经网络框架——谱积分神经网络算法(Spectral Integrated Neural Networks, SINNs)，旨在提供一种求解三维动力学问题高效且稳定的求解方法。与传统的PINNs不同，SINNs通过引入基于谱分析的“时域延迟校正迭代算法”对时间导数进行离散。该方法不仅能克服PINNs在长时间、大步长动力学问题求解中的局限性，还能实现更快的收敛速度、更高的计算精度以及更优的计算效率。
邱林，青岛大学副教授。研究方向为计算力学理论、方法、软件的前沿研究与工程应用。获得国家自然科学基金青年项目、山东省青年科技人才托举工程、青岛大学高层次引进人才科研启动项目等项目支持。发表SCI论文40余篇，其中第一或通讯作者论文29篇，授权发明专利1件。高被引论文4篇，热点论文1篇，获Wiley高被引作者奖。
沈泳星
上海交通大学
多场耦合问题交替迭代法收敛慢的原因剖析与可能对策
Abstract | Introduction
在多物理场耦合问题的求解策略中，交替迭代法应用广泛，它特别适用于各物理场需借助不同求解器进行求解的情况。在单场求解时，该方法通常能展现出良好的数值稳定性。然而，由于整体收敛往往需要在各物理场之间进行多次迭代，导致计算资源的大量消耗。 本文将首先深入阐释影响交替法收敛行为的关键因素，并定义一个名为耦合度（degree of coupling, DOC）的参数。该参数依据各物理场对应的雅可比矩阵（或称切刚度矩阵）计算得出。通过数学推导可知，交替法具有一阶收敛特性，各物理场的残差与误差折减因子大致都等于DOC。这表明，当DOC接近0时，交替法的收敛速度极快；当DOC小于1但接近1时，收敛速度会变得很慢；而当DOC大于等于1时，交替法甚至无法保证收敛。 以位移加载下的断裂相场法为例，研究发现 DOC 值会随着位移加载呈现单调递增的趋势，最终在略低于临界值1的区间内震荡。这一结论从理论层面解释了在相场断裂分析中，交替法虽能实现收敛，但位移场与相场之间迭代次数有时会居高不下的内在原因。 基于DOC理论框架，本文提出了一种高效的求解策略，旨在加快交替法的收敛速度。在断裂相场的基准算例以及热力耦合问题的实践中，该方法显著减少了迭代次数，缩短了运行时间。与现有的常用方法（如交替法、L-BFGS方法）相比，本文所提方法所需的迭代次数最少，运行时间也最短，展现出了明显的优势。
本科毕业于清华大学，博士毕业于美国斯坦福大学，曾在西班牙加泰罗尼亚理工大学担任讲师，2014年入选国家重大人才计划青年组，加入上海交通大学浦江国际学院（原密西根学院），2023年起任副院长。近年主要研究方向为断裂相场的算法与应用，部分发表在JMPS, CMAME, IJNME等计算力学权威期刊上。担任《Computer Modeling in Engineering & Sciences》及《力学季刊》编委，《计算力学学报》青年编委，曾承担多项国家自然基金项目。
沈文豪
北京大学南昌创新研究院
Abstract | Introduction
沈文豪，2018年博士毕业于中国科学院力学所，现为北京大学南昌创新研究院工业软件中心研究员，智能化矿山数值模拟与仿真联合实验室执行主任。主要从事多场耦合计算力学、物理力学研究，提出基于物理界面的双重介质渗流力学数值模型、全应力水力压裂理论模型、修正水力压裂裂纹扩展判据等。目前，针对智能化矿山领域的多物理场数值模拟需求，开发应用于矿山建设全流程的物理模型及数值仿真算法，实现矿压演化规律和顶板灾害、渗流、火灾、粉尘及瓦斯时空分布等矿山领域重难点问题的仿真模拟及预测。
宋子杰
青岛大学
基于谱积分神经网络（SINNs）的动态压电问题数值模拟
Abstract | Introduction
摘要： 本文提出了一种新型的神经网络架构—谱积分神经网络（Spectral Integrated Neural Networks, SINNs），并应用于二维和三维压电问题的动态响应分析。SINNs将物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）与时间谱积分技术相结合。为了避免时间微分算子带来的数值不稳定性，首先将力学与电学耦合平衡方程组重写为时间积分的弱形式，并通过全连接神经网络近似位移场和电压场的时间导数。随后，基于时间谱积分技术得到位移与电势。物理信息损失函数由时间积分形式的控制方程和边界条件构成，初始条件直接嵌入到积分表达式中。该方法在时间大步长时依然具有较高的稳定性与精度。最后，通过三个典型算例验证了方法的有效性，并与传统 PINNs 计算结果进行了对比分析。 关键词：压电；谱积分神经网络；物理信息神经网络；动力学；时间大步长
宋子杰，青岛大学应用统计专业硕士研究生，主要研究方向是物理信息神经网络，谱积分方法。
苏杨铭
昆明理工大学
三维Voronoi杂交应力元在空心玻璃微珠增强水泥基复合材料分析中的应用研究，及3D-VCFEM的新进展
Abstract | Introduction
空心玻璃微珠增强水泥基复合材料(HGMCC)凭借轻质高强、抗疲劳及耐高温等特性，广泛应用于结构工程与功能材料领域。其细观力学行为受增强体空间分布影响显著，传统均质化模型难以精确表征多相界面应力场特征。本文旨在建立三维非均质有限元模型，实现材料内部真实应力场的多尺度解析。基于Voronoi细观结构建模方法，构建一种新的(VCFEM)单元，其中包含水泥基体及空心玻璃微珠复合单元。引入杂交应力元理论框架，对各相材料分别建立高阶应力函数，在单元边界/界面处构造独立位移场,采用四面体Hammer数值积分法处理三维积分问题。数值实验表明，模型在单元数极少时仍保持较高的应力求解精度，且计算时间相对于FEM软件至少减少67%,并有效捕捉增强体周围的应力集中。本研究建立的三维Voronoi杂交应力元模型突破了非规则多面体单元构造瓶颈，为空心玻璃微珠增强水泥基复合材料细观力学分析提供了高精度、低计算成本的数值工具，对材料性能优化设计具有指导意义。与此同时，将简要介绍由郭然教授团队开发的新型3D-VCFEM单元，旨在解决多相/多物理问题。
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苏海东
长江水利委员会长江科学院
基于“分区级数解”的偏微分方程自动计算研究进展
Abstract | Introduction
提出偏微分方程数值计算的新方法——独立覆盖流形法（又称为“分区级数解”或“级数元”法）：对求解域进行“分区”（也称为网格），在各分区内采用完备级数（常用多项式级数）直接逼近真实解；相邻分区之间自动生成窄“条带”的重叠区域，通过单位分解函数连接各分区级数；采用伽辽金法的标准流程，最终得到偏微分方程的“分区级数解”。分区网格可以是任意形状，网格之间可任意连接，并由此带来任意加密网格的特性，能够从根本上解决网格剖分难题。 根据以上基本原理，提出将任意形状的网格一分为二的网格分裂算法，并一直细分下去，总可以做到在适当大小的网格内用适当阶次的级数逼近真实解。通过校核应力边界条件以及网格之间应力连续性的后验误差估计，开展了偏微分方程的自动计算：只需在CAD中输入几何模型和计算参数，所有的数值计算过程无需人工参与。二维分析已基本实现了线性偏微分方程稳态和瞬态分析的自动计算。 针对三维线弹性结构的静力分析，研究了任意形状的三维块体网格的分裂算法，重点研究了角点等应力奇异区的网格预划分，初步实现了三维自动计算，结果表明应力精度满足工程要求，整体计算时间也能控制在数小时以内。下一步研究重点是计算精度和计算规模的平衡问题，特别针对奇异区附近研究更合理的网格预划分方式。
苏海东，工学博士，长江水利委员会长江科学院材料与结构研究所总工程师，教授级高级工程师（二级）。现任中国力学学会理事，湖北省力学学会常务理事，中国岩石力学与工程学会非连续变形分析（DDA）专委会委员。长期从事水工结构数值分析、计算力学方法研究工作。先后参加了三峡、南水北调中线工程、乌东德等大型水电工程的结构分析工作。提出数值计算的新方法——独立覆盖流形法，即偏微分方程的“分区级数解”：可实现任意网格划分，包括网格的任意形状（模拟精确几何边界及其边界条件）、任意连接和任意加密，并尝试了CAD与CAE融合下的自动计算；提出了局部解析解（如裂纹尖端级数解）与整体数值方法联合求解的流形覆盖方式；发明了梁板壳数值分析的分区级数求解方法，实现了精确几何的曲梁和曲壳计算；提出在固定网格中分析几何非线性（大变形）问题的新思路，集合了拉格朗日描述和欧拉描述的优势，并初步应用于流体N-S方程求解及自由面追踪。
苏祥龙
苏州大学
水泥基复合材料蠕变性能的多尺度模型
Abstract | Introduction
水泥基复合材料是一类典型的多尺度非均质材料，其蠕变受到各尺度上的材料组分几何特征、空间分布和材料属性及其相互作用的影响。试验研究表明，水泥基复合材料的蠕变主要来源于亚微米尺度的水化硅酸钙（C-S-H）凝胶，然而目前缺乏对两种C-S-H凝胶—高密度（HD）C-S-H和低密度（LD）C-S-H全蠕变的表征。另外，试验测量无法揭示宏观蠕变性能与各尺度组分之间的关联机制；现有的数值方法难以高效精确地处理形貌复杂的多组分、多尺度问题，且传统的解析均匀化方法只能求解椭球形状夹杂问题。本工作耦合传递函数方法和平均场理论，逐尺度表征水泥浆体、素混凝土以及纤维混凝土的蠕变性能。建立了考虑水泥水化和多尺度结构的水泥基复合材料蠕变模型，解析了高密度C-S-H和低密度C-S-H的蠕变柔量，揭示了水泥浆体微观结构、复杂骨料形状和ITZ、以及真实纤维形状及掺杂等对蠕变的影响规律，并探明了多种微细观影响参数对蠕变影响的多尺度传递机理。
苏祥龙，工学博士，副教授、硕士生导师，主要研究兴趣为：水泥基复合材料的多尺度建模、轨道交通领域粘弹性材料的力学建模。在Cement & Concrete Composites、International Journal of Engineering Science、Construction and Building Materials、Mechanics of Materials、Physical Review E、Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation、Journal of Building Engineering、力学学报等国内外权威期刊发表期刊论文十余篇，授权软件著作权一项、出版专著一本（排名第3）。曾获中国建材奖（二等奖，排名第8）。主持国家自然科学青年基金一项、江苏省青年基金一项，江苏省高校面上项目一项。
