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38歲高校副教授在國際頂級期刊發文 成果助力橋梁實時監測實現高精度
日前，武漢工程大學郵電與信息工程學院機械與電氣工程學院副教授陳輝在土木工程領域頂級期刊《Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering》上以第一作者身份發表論文。該期刊五年平均影響因子為11.5，在土木工程、智能建造技術等領域影響因子全球排名第1。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mice.13206
文章針對工業領域大型基礎設施、機械裝備及增材製造等領域在有限元仿真中麵臨的計算效率挑戰，采用同倫隨機有限元方法，開創性地提出了一種新型侵入式代理模型——同倫代理模型。該模型無需傳統的樣本擬合過程，能夠高效且精確地替代傳統有限元模型進行工業應用分析。
“對於橋梁等大型工業結構做實時高精度分析很難，這需要巨型運算量。雖然有計算力學這個工具，有有限元法這個因計算機發展而生的針對彈性力學問題的數值求解方法，但要同時達到‘實時’和‘高精度’的目標，仍幾乎是不可能的。市麵上大量的橋梁實時監測係統，不得不靠降低精度來實現‘快’的目標。”陳輝說。
令人振奮的是，陳輝所在的武漢理工大學黃斌團隊，創造性地提出了同倫隨機有限元方法，並將該方法從結構隨機響應計算和可靠度分析領域引入到了結構健康監測領域，得出了一種無需傳統的樣本擬合過程，能同時滿足高效、精確目標的新模型。經測試，其運算速度較傳統方法提高了幾百倍。
看起來，這似乎是簡單的“創意遷移”，但偶然中藏著必然——陳輝在2019年提出全新的有限元計算算法創意時，已在計算力學領域積累多年，他所在的團隊，又特別重視各交叉領域的溝通、合作，而在最後推導理論、進行編程時，他更是下了苦功，僅代碼就寫了幾千行，經過多次調試、優化，方才“嫁接”成功。
近幾年來，他們已推動該成果進入實際應用領域，丹江口的一座大型斜拉橋大橋便是“嚐新者”之一。目前，在國家自然科學基金的資助下，他們團隊正在與一家設計院合作開發新的橋梁監測係統，未來將能更好地實時預警橋梁的結構狀態。
陳輝介紹，這一創新不僅使得對大型工業結構進行快速的有限元重分析成為可能，而且在一定程度上解決了大型工業結構有限元分析耗時的行業難題。此外，該方法為大型工業結構的數字孿生技術、健康監測和安全評估提供了一種新穎且高效的解決方案，標誌著工業仿真技術的一大進步。
“我們所做的是一種理論上的突破，但它離應用很近，除了能用在監測橋梁上，還能用於工程、機械、航空航天領域中。相信未來用到它的人會越來越多。”陳輝說。（通訊員：梅小輝）
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