主講人簡(jiǎn)介：劉彬，清華大學(xué)工程力學(xué)系教授。主要從事固體力學(xué)的理論和計算研究，研究興趣包括超大規模多尺度多物理場(chǎng)計算方法、斷裂力學(xué)和復合材料力學(xué)。在國際期刊上共發(fā)表SCI論文140余篇，英文書(shū)章3篇。現為國際期刊《Forces in Mechanics》主編、《International Journal of Plasticity》和《Journal of Computational and Theoretical Nanoscience》編委、《力學(xué)學(xué)報》副主編，曾獲國家杰出青年科學(xué)基金，國家自然科學(xué)二等獎，中國力學(xué)學(xué)會(huì )自然科學(xué)一等獎，中國力學(xué)學(xué)會(huì )青年科技獎，教育部新世紀人才計劃，德國洪堡獎學(xué)金。

報告摘要：本報告以報告人的研究歷程為案例與青年學(xué)者探討科研的心得，具體報告內容包括高性能固體力學(xué)計算、斷裂力學(xué)和復合材料力學(xué)的指標探討。部分內容簡(jiǎn)介如下：非均質(zhì)周期結構有著(zhù)很廣泛的應用。以往人們對非均質(zhì)周期結構的設計集中在特定幾個(gè)方向的力學(xué)性能，比如楊氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比等。但是復雜多工況載荷下的強度問(wèn)題很少有人研究。首先，為度量強度各向異性，我們提出了度量非均質(zhì)周期結構強度各向異性度的指標——破壞應力比、破壞應變比、破壞能量比。同時(shí)，建立了全載荷空間下的強度各向異性的可視化方法——極坐標和球坐標下的曲線(xiàn)和彩色球面。對比了常見(jiàn)的周期性桁架結構，發(fā)現其中面心立方結構的強度各向異性度最小。對強度各向異性度進(jìn)行了結構優(yōu)化，發(fā)現構造剛度各向同性的結構很容易，而構造強度各向同性的結構卻很難。其次，在綜合強度的優(yōu)化設計方面，提出了評價(jià)非均質(zhì)周期結構綜合強度的指標–最小破壞能量密度，并將其應用于桁架結構和拓撲優(yōu)化，找到了桁架結構的最小破壞能密度的上限。構建了雙層嵌套優(yōu)化模型，給出了最小破壞能密度的靈敏度解析解，把兩層嵌套優(yōu)化模型變成了單層優(yōu)化模型，使得無(wú)限多工況的拓撲優(yōu)化得以進(jìn)行。設計出了曲邊類(lèi)Kagome結構等一系列最優(yōu)結構，為實(shí)際工程應用提供了設計方案。最后，本報告也聚焦于結構優(yōu)化算法本身，提出了一個(gè)全新的拓撲優(yōu)化方法——基于可動(dòng)節點(diǎn)的仿生拓撲優(yōu)化方法(BMN)，用來(lái)解決傳統像素點(diǎn)拓撲優(yōu)化方法中的邊界不光滑的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)大量的測試案例分析，發(fā)現BMN方法在同樣的網(wǎng)格規模下能夠優(yōu)化出比經(jīng)典拓撲優(yōu)化方法更優(yōu)的結構，而且優(yōu)化的結果可以導入Abaqus直接使用，無(wú)需進(jìn)行幾何模型的后處理，為結構優(yōu)化設計領(lǐng)域帶來(lái)了新的思路和方法。

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建筑工程與力學(xué)學(xué)院

2024年4月29日