38岁高校副教授在国际顶级期刊发文 成果助力桥梁实时监测实现高精度
日前，武汉工程大学邮电与信息工程学院机械与电气工程学院副教授陈辉在土木工程领域顶级期刊《Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering》上以第一作者身份发表论文。该期刊五年平均影响因子为11.5，在土木工程、智能建造技术等领域影响因子全球排名第1。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mice.13206
文章针对工业领域大型基础设施、机械装备及增材制造等领域在有限元仿真中面临的计算效率挑战，采用同伦随机有限元方法，开创性地提出了一种新型侵入式代理模型——同伦代理模型。该模型无需传统的样本拟合过程，能够高效且精确地替代传统有限元模型进行工业应用分析
部分论文插图
“对于桥梁等大型工业结构做实时高精度分析很难，这需要巨型运算量。虽然有计算力学这个工具，有有限元法这个因计算机发展而生的针对弹性力学问题的数值求解方法，但要同时达到‘实时’和‘高精度’的目标，仍几乎是不可能的。市面上大量的桥梁实时监测系统，不得不靠降低精度来实现‘快’的目标。”陈辉说。
陈辉（右）在大桥上做实验
令人振奋的是，陈辉所在的武汉理工大学黄斌团队，创造性地提出了同伦随机有限元方法，并将该方法从结构随机响应计算和可靠度分析领域引入到了结构健康监测领域，得出了一种无需传统的样本拟合过程，能同时满足高效、精确目标的新模型。经测试，其运算速度较传统方法提高了几百倍。
看起来，这似乎是简单的“创意迁移”，但偶然中藏着必然——陈辉在2019年提出全新的有限元计算算法创意时，已在计算力学领域积累多年，他所在的团队，又特别重视各交叉领域的沟通、合作，而在最后推导理论、进行编程时，他更是下了苦功，仅代码就写了几千行，经过多次调试、优化，方才“嫁接”成功。
近几年来，他们已推动该成果进入实际应用领域，丹江口的一座大型斜拉桥大桥便是“尝新者”之一。目前，在国家自然科学基金的资助下，他们团队正在与一家设计院合作开发新的桥梁监测系统，未来将能更好地实时预警桥梁的结构状态。
陈辉介绍，这一创新不仅使得对大型工业结构进行快速的有限元重分析成为可能，而且在一定程度上解决了大型工业结构有限元分析耗时的行业难题。此外，该方法为大型工业结构的数字孪生技术、健康监测和安全评估提供了一种新颖且高效的解决方案，标志着工业仿真技术的一大进步。
“我们所做的是一种理论上的突破，但它离应用很近，除了能用在监测桥梁上，还能用于工程、机械、航空航天领域中。相信未来用到它的人会越来越多。”陈辉说。（通讯员：梅小辉）
