——记大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室

　　

倪海波

　　

　　

　　大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室（以下简称“实验室”），是世界银行贷款重点学科发展项目建设的第二批国家重点实验室。于1988年开始可行性论证，1989年得到原国家计委确认。于2003年、2008年、2013年和2018年4次以良好成绩通过国家科技部的评估。实验室现任主任为李刚教授；学术委员会现任主任为中国科学院院士、北京理工大学方岱宁教授。

　　实验室主要的研究方向包括：1）计算力学与工程科学计算的理论和方法；2）结构优化设计的现代理论和计算方法；3）大规模计算工程软件系统研究开发和应用；4）复杂环境下重大工程和工业装备结构的试验、分析与评价。

　　实验室拥有力学一级国家重点学科，工程力学、固体力学、船舶与海洋结构物设计制造3个二级国家重点学科，以及力学、船舶与海洋工程2个博士后科研流动站。建有“计算力学与工程科学计算”和“结构优化”2个国家自然科学基金委创新研究群体；“结构优化的理论、方法及应用”教育部创新团队；“结构强度与轻量化设计”和“结构耦合分析与设计”2个国防科工局国防科技创新团队。目前有固定人员92人，其中中国科学院院士3人、韩国工程院院士1人、国家杰出青年科学基金获得者11人、长江学者奖励计划特聘教授/讲座教授6人、国家高层次人才引进计划创新人才3人、“万人计划”科技创新领军人才2人、国家优秀青年科学基金获得者4人、长江学者奖励计划青年学者4人、国家高层次人才引进计划青年项目入选者5人、“万人计划”青年拔尖人才1人、科技部中青年科技创新领军人才2人。

　　实验室以实现国家重大装备自主研制与信息化为目标，以重大工业装备和结构工程以及高新技术中的关键力学及多学科耦合问题为研究背景，在计算力学和工程科学计算领域开展创新性应用基础研究，并加强与先进制造、微电子机械、材料科学、生物医学工程等学科的交叉，为装备设计、制造与安全运行提供技术支持，承担国家基础研究课题和重大工程项目，在应用基础研究、科研基地和学术队伍建设、优秀人才培养等方面发挥了重点实验室的国家基地作用。

　　

　　

　　工业装备是实现工业、国防现代化的基础设施，是实现制造强国、航天强国、海洋强国等国家战略的基石和保障。而先进的力学分析、优化理论与方法，是支撑重大工业装备创新设计、智能制造和安全运行不可或缺的关键技术。

　　《中国制造2025》将提高国家制造业创新设计能力作为重要目标，提出将“突破智能设计与仿真及其工具”“开发自主可控的高端工业平台软件和重点领域应用软件”作为优先领域重点推动，并要求至2025年数字化研发设计工具普及率需达到84%以上。随着计算科学、信息科学、数据科学以及人工智能技术的快速发展，以计算力学为重要支撑，集理论建模、数据采集、信息互联、数值模拟、可靠性评估、智能控制为一体的重大装备/工程结构的全新设计、制造以及运维范式正在形成。由此必将推动新型计算力学理论体系、大规模/高性能数值分析/结构优化方法、计算力学软件研究不断深化。计算力学学科与机械制造、土木工程等学科的深度融合，也势必会为这些学科带来全新发展机遇。目前，计算力学不仅是力学学科中面向数字化、信息化、智能化时代最具活力、最具前景的分支，而且正在服务《中国制造2025》等国家战略中发挥着不可替代的重要作用。

　　早在20世纪70年代初，以大连理工大学钱令希院士、钟万勰院士等为代表的力学家就敏锐地意识到计算机的广泛应用将给工程科学带来深刻变革，并率先在我国领导创建了计算力学学科，对中国计算力学发展起到了非常重要的奠基作用。40多年来，大连理工大学计算力学学科一直处于国内领先位置，培养了大批高层次人才，引领并推动了该学科的发展：引领了70—80年代计算力学知识以及装备/结构设计电算化在我国的普及；发起创建了中国力学学会计算力学专业委员会；组织研发了我国第一个具有自主知识产权的结构分析与优化软件平台；创办了我国第一本计算力学专业期刊；获批了国内第一个（也是唯一）计算力学学科方向国家自然科学基金创新研究群体。

　　实验室是20世纪80年代依照国家应用基础研究的战略布局，由当时的国家教委和国家计委利用世行贷款设立、依托大连理工大学计算力学学科建设、国内专门从事工业装备结构分析的国家重点实验室，具有不可替代的鲜明特色。经过30多年的发展，实验室已成为我国计算力学和工程科学计算领域开展创新性应用基础研究、培养高水平人才、为重大装备研发提供技术支撑、开展国际合作的重要基地，取得了一批高水平应用基础研究成果，培养了一大批从事工业装备结构分析和优化的专门人才，为我国一批工业装备的设计、制造与安全运行提供了关键技术支持，在我国实现重大装备自主研制与信息化进程中、在国家科技发展和国防建设中均发挥了不可或缺的重要作用。大连理工大学是国际计算力学学会（IACM）的发起人单位之一，在国际计算力学界有重要影响。钟万勰院士曾在IACM担任执委等重要职位。程耿东院士和郭旭教授先后担任了国际结构与多学科优化学会主席、执委；申长雨院士、郭旭教授先后担任了中国力学学会副理事长。实验室目前有21名成员担任37本国际期刊副主编/编委。

　　

　　

　　实验室开辟了若干具有引领性的研究方向，是我国计算力学及工程科学计算领域的旗帜性单位。科研成果曾先后4次获得国家自然科学奖二等奖。其中基于辛几何的弹性力学新体系开创了计算力学研究的全新方向；结构优化多项基础研究工作被权威学者评价为“引发了整个拓扑优化领域（研究）”以及对相关领域的“里程碑式”贡献。近年来，实验室有关基于移动可变形组件的结构拓扑优化新框架等方面的成果开辟了全新的研究方向，被评价为“可以极大减少计算困难”“开创性贡献”。这些工作受到国内外学术界持续关注，吸引了众多学者开展后继研究，相关工作2019年获得国家自然科学奖二等奖。实验室人员还多次应邀在世界计算力学大会等重要学术会议上作大会/半大会报告。近年来，实验室在计算力学顶级期刊发文量排名世界第4位，若干代表性论文被引次数位居相应期刊前列，还获得了国家科技进步奖（特等奖、二等奖各1项）、高等学校科学研究优秀成果奖（一等奖3项）等多项重要科技奖励。实验室5名成员连续4年入选Elsevier中国高被引学者榜单。实验室研发的自主可控数值仿真与优化软件平台SiPESC性能全面提升并加强了与装备制造业的深度融合，在近年来受到高度重视的我国自主可控数值仿真软件发展进程中发挥了不可或缺的重要作用。

　　

　　

　　实验室长期致力于将基础研究成果应用于我国重大工业装备设计、制造与运营维护，在重大装备自主研制和国防建设中发挥了重要作用，作出了实质性贡献。近年来，实验室基于理论成果开展源头创新，发明了一批新型结构并成功应用于新一代大型运载火箭长征5号、新一代载人飞船、“天问一号”火星探测器等轻量化设计，实现了我国航天装备承载效率跨越式提升，从源头上提高了我国航天装备结构强度设计精细化水平，受到型号研制单位高度评价，取得了显著社会效益和军事效益，相关工作2020年获得国家技术发明奖二等奖。实验室还主动服务“海洋强国”战略和“一带一路”倡议，系统研究了深水/寒区海洋工程装备抗冰设计理论与方法，发展了海洋工程结构海冰风险预警技术，并成功应用于我国冰区海洋工程结构抗冰设计与安全保障。其中动冰载荷模型写入ISO19906国际标准，相关成果先后3次获得海洋工程科学技术奖。实验室研发了具有世界领先水平的海洋工程装备腐蚀防护与监测软硬件系统，填补了国内空白并在“海洋石油981”钻井平台上成功应用，该成果获得2014年度国家科技进步奖特等奖。实验室还积极参与了C919大型客机、大型变压器、国产核主泵等重大装备研制中的关键力学问题研究，相关成果发挥了重要支撑作用。