助力發(fā)展，探索無限
——記大連理工大學(xué)工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室

倪海波

大連理工大學(xué)工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”），是世界銀行貸款重點學(xué)科發(fā)展項目建設(shè)的第二批國家重點實驗室。于1988年開始可行性論證，1989年得到原國家計委確認(rèn)。于2003年、2008年、2013年和2018年4次以良好成績通過國家科技部的評估。實驗室現(xiàn)任主任為李剛教授；學(xué)術(shù)委員會現(xiàn)任主任為中國科學(xué)院院士、北京理工大學(xué)方岱寧教授。

實驗室主要的研究方向包括：1）計算力學(xué)與工程科學(xué)計算的理論和方法；2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)代理論和計算方法；3）大規(guī)模計算工程軟件系統(tǒng)研究開發(fā)和應(yīng)用；4）復(fù)雜環(huán)境下重大工程和工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)的試驗、分析與評價。

實驗室擁有力學(xué)一級國家重點學(xué)科，工程力學(xué)、固體力學(xué)、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造3個二級國家重點學(xué)科，以及力學(xué)、船舶與海洋工程2個博士后科研流動站。建有“計算力學(xué)與工程科學(xué)計算”和“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”2個國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體；“結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論、方法及應(yīng)用”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊；“結(jié)構(gòu)強度與輕量化設(shè)計”和“結(jié)構(gòu)耦合分析與設(shè)計”2個國防科工局國防科技創(chuàng)新團(tuán)隊。目前有固定人員92人，其中中國科學(xué)院院士3人、韓國工程院院士1人、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者11人、長江學(xué)者獎勵計劃特聘教授/講座教授6人、國家高層次人才引進(jìn)計劃創(chuàng)新人才3人、“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才2人、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者4人、長江學(xué)者獎勵計劃青年學(xué)者4人、國家高層次人才引進(jìn)計劃青年項目入選者5人、“萬人計劃”青年拔尖人才1人、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才2人。

實驗室以實現(xiàn)國家重大裝備自主研制與信息化為目標(biāo)，以重大工業(yè)裝備和結(jié)構(gòu)工程以及高新技術(shù)中的關(guān)鍵力學(xué)及多學(xué)科耦合問題為研究背景，在計算力學(xué)和工程科學(xué)計算領(lǐng)域開展創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，并加強與先進(jìn)制造、微電子機械、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等學(xué)科的交叉，為裝備設(shè)計、制造與安全運行提供技術(shù)支持，承擔(dān)國家基礎(chǔ)研究課題和重大工程項目，在應(yīng)用基礎(chǔ)研究、科研基地和學(xué)術(shù)隊伍建設(shè)、優(yōu)秀人才培養(yǎng)等方面發(fā)揮了重點實驗室的國家基地作用。

科研傳承歷史悠久

工業(yè)裝備是實現(xiàn)工業(yè)、國防現(xiàn)代化的基礎(chǔ)設(shè)施，是實現(xiàn)制造強國、航天強國、海洋強國等國家戰(zhàn)略的基石和保障。而先進(jìn)的力學(xué)分析、優(yōu)化理論與方法，是支撐重大工業(yè)裝備創(chuàng)新設(shè)計、智能制造和安全運行不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

《中國制造2025》將提高國家制造業(yè)創(chuàng)新設(shè)計能力作為重要目標(biāo)，提出將“突破智能設(shè)計與仿真及其工具”“開發(fā)自主可控的高端工業(yè)平臺軟件和重點領(lǐng)域應(yīng)用軟件”作為優(yōu)先領(lǐng)域重點推動，并要求至2025年數(shù)字化研發(fā)設(shè)計工具普及率需達(dá)到84%以上。隨著計算科學(xué)、信息科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)以及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，以計算力學(xué)為重要支撐，集理論建模、數(shù)據(jù)采集、信息互聯(lián)、數(shù)值模擬、可靠性評估、智能控制為一體的重大裝備/工程結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計、制造以及運維范式正在形成。由此必將推動新型計算力學(xué)理論體系、大規(guī)模/高性能數(shù)值分析/結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法、計算力學(xué)軟件研究不斷深化。計算力學(xué)學(xué)科與機械制造、土木工程等學(xué)科的深度融合，也勢必會為這些學(xué)科帶來全新發(fā)展機遇。目前，計算力學(xué)不僅是力學(xué)學(xué)科中面向數(shù)字化、信息化、智能化時代最具活力、最具前景的分支，而且正在服務(wù)《中國制造2025》等國家戰(zhàn)略中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

實驗室近5年來取得的國家自然科學(xué)獎證書

早在20世紀(jì)70年代初，以大連理工大學(xué)錢令希院士、鐘萬勰院士等為代表的力學(xué)家就敏銳地意識到計算機的廣泛應(yīng)用將給工程科學(xué)帶來深刻變革，并率先在我國領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)建了計算力學(xué)學(xué)科，對中國計算力學(xué)發(fā)展起到了非常重要的奠基作用。40多年來，大連理工大學(xué)計算力學(xué)學(xué)科一直處于國內(nèi)領(lǐng)先位置，培養(yǎng)了大批高層次人才，引領(lǐng)并推動了該學(xué)科的發(fā)展：引領(lǐng)了70—80年代計算力學(xué)知識以及裝備/結(jié)構(gòu)設(shè)計電算化在我國的普及；發(fā)起創(chuàng)建了中國力學(xué)學(xué)會計算力學(xué)專業(yè)委員會；組織研發(fā)了我國第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化軟件平臺；創(chuàng)辦了我國第一本計算力學(xué)專業(yè)期刊；獲批了國內(nèi)第一個（也是唯一）計算力學(xué)學(xué)科方向國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體。

實驗室是20世紀(jì)80年代依照國家應(yīng)用基礎(chǔ)研究的戰(zhàn)略布局，由當(dāng)時的國家教委和國家計委利用世行貸款設(shè)立、依托大連理工大學(xué)計算力學(xué)學(xué)科建設(shè)、國內(nèi)專門從事工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析的國家重點實驗室，具有不可替代的鮮明特色。經(jīng)過30多年的發(fā)展，實驗室已成為我國計算力學(xué)和工程科學(xué)計算領(lǐng)域開展創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)研究、培養(yǎng)高水平人才、為重大裝備研發(fā)提供技術(shù)支撐、開展國際合作的重要基地，取得了一批高水平應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果，培養(yǎng)了一大批從事工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化的專門人才，為我國一批工業(yè)裝備的設(shè)計、制造與安全運行提供了關(guān)鍵技術(shù)支持，在我國實現(xiàn)重大裝備自主研制與信息化進(jìn)程中、在國家科技發(fā)展和國防建設(shè)中均發(fā)揮了不可或缺的重要作用。大連理工大學(xué)是國際計算力學(xué)學(xué)會（IACM）的發(fā)起人單位之一，在國際計算力學(xué)界有重要影響。鐘萬勰院士曾在IACM擔(dān)任執(zhí)委等重要職位。程耿東院士和郭旭教授先后擔(dān)任了國際結(jié)構(gòu)與多學(xué)科優(yōu)化學(xué)會主席、執(zhí)委；申長雨院士、郭旭教授先后擔(dān)任了中國力學(xué)學(xué)會副理事長。實驗室目前有21名成員擔(dān)任37本國際期刊副主編/編委。

基礎(chǔ)研究碩果累累

實驗室開辟了若干具有引領(lǐng)性的研究方向，是我國計算力學(xué)及工程科學(xué)計算領(lǐng)域的旗幟性單位。科研成果曾先后4次獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。其中基于辛幾何的彈性力學(xué)新體系開創(chuàng)了計算力學(xué)研究的全新方向；結(jié)構(gòu)優(yōu)化多項基礎(chǔ)研究工作被權(quán)威學(xué)者評價為“引發(fā)了整個拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域（研究）”以及對相關(guān)領(lǐng)域的“里程碑式”貢獻(xiàn)。近年來，實驗室有關(guān)基于移動可變形組件的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化新框架等方面的成果開辟了全新的研究方向，被評價為“可以極大減少計算困難”“開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”。這些工作受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界持續(xù)關(guān)注，吸引了眾多學(xué)者開展后繼研究，相關(guān)工作2019年獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。實驗室人員還多次應(yīng)邀在世界計算力學(xué)大會等重要學(xué)術(shù)會議上作大會/半大會報告。近年來，實驗室在計算力學(xué)頂級期刊發(fā)文量排名世界第4位，若干代表性論文被引次數(shù)位居相應(yīng)期刊前列，還獲得了國家科技進(jìn)步獎（特等獎、二等獎各1項）、高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎（一等獎3項）等多項重要科技獎勵。實驗室5名成員連續(xù)4年入選Elsevier中國高被引學(xué)者榜單。實驗室研發(fā)的自主可控數(shù)值仿真與優(yōu)化軟件平臺SiPESC性能全面提升并加強了與裝備制造業(yè)的深度融合，在近年來受到高度重視的我國自主可控數(shù)值仿真軟件發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮了不可或缺的重要作用。

科研成果應(yīng)用廣泛

實驗室長期致力于將基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于我國重大工業(yè)裝備設(shè)計、制造與運營維護(hù)，在重大裝備自主研制和國防建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，作出了實質(zhì)性貢獻(xiàn)。近年來，實驗室基于理論成果開展源頭創(chuàng)新，發(fā)明了一批新型結(jié)構(gòu)并成功應(yīng)用于新一代大型運載火箭長征5號、新一代載人飛船、“天問一號”火星探測器等輕量化設(shè)計，實現(xiàn)了我國航天裝備承載效率跨越式提升，從源頭上提高了我國航天裝備結(jié)構(gòu)強度設(shè)計精細(xì)化水平，受到型號研制單位高度評價，取得了顯著社會效益和軍事效益，相關(guān)工作2020年獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。實驗室還主動服務(wù)“海洋強國”戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議，系統(tǒng)研究了深水/寒區(qū)海洋工程裝備抗冰設(shè)計理論與方法，發(fā)展了海洋工程結(jié)構(gòu)海冰風(fēng)險預(yù)警技術(shù)，并成功應(yīng)用于我國冰區(qū)海洋工程結(jié)構(gòu)抗冰設(shè)計與安全保障。其中動冰載荷模型寫入ISO19906國際標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)成果先后3次獲得海洋工程科學(xué)技術(shù)獎。實驗室研發(fā)了具有世界領(lǐng)先水平的海洋工程裝備腐蝕防護(hù)與監(jiān)測軟硬件系統(tǒng)，填補了國內(nèi)空白并在“海洋石油981”鉆井平臺上成功應(yīng)用，該成果獲得2014年度國家科技進(jìn)步獎特等獎。實驗室還積極參與了C919大型客機、大型變壓器、國產(chǎn)核主泵等重大裝備研制中的關(guān)鍵力學(xué)問題研究，相關(guān)成果發(fā)揮了重要支撐作用。