偏微分方程的数值和机器学习方法研讨会

时间：2024.02.04--02.08

召集人：段慧玲、刘谋斌、黄飞敏

会议日程

2024 年 2 月 5 日周一 学术报告

2024 年 2 月 6 日周二学术报告

2024 年 2 月 7 日周三学术报告

报告信息

报告人：魏悦广

报告题目：力学若干关键进展与偏微分方程精细求解报告内容简介：

报告着重介绍力学的几个重要研究分支方向的确立、发展、及辉煌壮大（如断裂力学、有限元方法、宏微观跨尺度力学等）与偏微分方程的精细求解的紧密关系。所对应的这些领域的偏微分方程解答，包括精确理论解、近似解析解以及数值解，对力学分支学科的发展起着重要的作用，有效地推动了分支学科的发展壮大，而且这些数学解答往往能够被物理事实、实验观测、工程实践等所验证。本次报告主要就偏微分方程求解在断裂力学、有限元方法、宏微观跨尺度力学等固体力学分支发展中的作用展开分析。

报告人简介：

中国科学院院士，北京大学博雅讲席教授、信息与工程学部副主任、北京工程科学与新兴技术高精尖中心主任，中国力学学会副理事长等。1992 年毕业于清华大学固体力学专业， 获博士学位；1992 年 ~1994 年和 1995 年 ~1998 年分别为中科院力学所和美国哈佛大学博士后；1998 年 ~2016 年为中科院力学所研究员，期间曾任美国哈佛大学、加州大学河滨分校和圣芭芭拉分校访问教授，曾任中科院力学所学术委员会副主任、学位委员会副主任、中国力学学会固体力学专业委员会主任、《力学学报》主编等。

主要从事固体跨尺度力学、弹塑性断裂力学、复合材料力学等研究。在国际上建立了协同考虑应变梯度和表界面效应的跨尺度理论；建立了可压缩应变梯度理论和适合应变梯度理论的有限元方法，并由此预测出金属的微尺度断裂强度高达其宏观屈服强度十倍以上的重要结论，突破了传统力学理论的预测极限，引起跨尺度力学研究在国际上的广泛开展。曾担任科技部 973、基金委创新群体、以及中科院国际学术团队等项目首席科学家。获国家自然科学奖二等奖（2008, 2013）、三等奖（1995）、中国青年科技奖（1994）、中国科学院青年科学家奖（1993）、国家杰出青年科学基金（1999）和北京大学国华杰出学者奖（2022）等科技奖励。

报告人：李惠

报告题目：PDE 的物理机器学习求解方法报告内容简介：

高维非线性偏微分方程求解比较困难，本报告介绍偏微分方程智能计算方法，包括机器学习直接求解方法、数值模拟与机器学习混合求解方法和物理增强数据逼近方法，以及计算机视觉逼近方法。最后讨论相关的挑战。

报告人简介：

哈尔滨工业大学教授、博士生导师，中国科学院院士，国家自然科学基金创新群体负责人，国家级高层次人才。长期从事智能计算研究，在智能流体力学、材料智能计算和健康诊断及反问题计算领域取得创新成果。曾任国际结构控制与监测学会（IASCM）理事长，现任亚太智能结构技术研究中心网络（ANCRiSST）理事长、中国振动工程学会副理事长、《结构健康监测》（Structural Health Monitoring）等国际期刊副主编或编委，结构控制与监测世界大会（WCSCM）等多个国际会议大会主席。获国家科技进步二等奖 4 项，美国土木工程师协会 George W. Housner 奖章、Robert H. Scanlan 奖章，2015 年国际结构健康监测年度人物奖等。在《自然》（Nature）和《科学》（Science）等期刊发表 SCI 论文 200 余篇。

报告人：黄飞敏

报告题目：Nonlinear stability threshold for compressible Couette ow

报告内容简介：

This talk concerns the Couette ow for 2-D compressible Navier-Stokes equations (N-S) in an infinitely long flat torus Torus×R. Compared

to the incompressible flow, the compressible Couette flow has stronger lift-up effects and weaker dissipation. To the best of our knowledge, there has no work on the nonlinear stability in the cases of high Reynolds number until now and only linear stability was known.

In this talk, we study the nonlinear stability of 2-D compressible Couette ow in Sobolev space at high Renolds number. Moreover, we also show the enhanced dissipation phenomenon and stability threshold for the compressible Couette ow.

We rstly decompose the perturbation into two parts: zero and non-zero modes and obtain two systems for these components respectively. Then we use the anti-derivative technique   to study the zero-mode system. We introduce a kind of diffusion waves to remove the excess mass of the zero-modes and construct coupled diffusion waves along characteristics  to improve the resulting time decay rates of error terms and derive a new integrated system. Secondly, we observe a cancellation with the new system so that the lift-up effect is weakened. Finally, the large time behavior of the zero-modes is obtained by weighted energy method and a weighted inequality on the heat kernel. In addition, we can show the enhanced dissipation phenomenon for the non-zero modes by commutator estimates to avoid loss of derivatives. Finally, we show the stability threshold with index 13/3. The talk is based on a recent work joint with Dr. Rui Li and Dr. Lingda Xu.

报告人简介 :

教授、研究员、博士生导师，中科院华罗庚首席研究员。1991 年毕业于华中科技大学数学系，1994 年在中国科学院武汉数学物理研究所获硕士学位，1997 年在中国科学院应用数学研究所获博士学位。2022 年当选为中国工业与应用数学学会会士。曾获 2013 年国家自然科学奖二等奖（排名第一，第一完成人），国家杰出青年基金获得者，入选国家科技部中青年科技创新领军人才。获 2004 年美国工业与应用数学协会杰出论文奖。

主要从事非线性偏微分方程的理论研究，在可压缩欧拉方程、可压缩纳维 - 斯托克斯方程、玻尔兹曼方程等解的适定性、流体极限方面做出了若干创新性研究成果。其中证明了等温气体动力学方程组大初值熵解的整体存在性，获 2004 年度美国工业与应用数学学会(SIAM) 杰出论文奖。发表学术论文 100 多篇并被广泛引用和应用，现任《Communications in Mathematical Sciences》、《Kinetic and Related Models》、《Nonlinear Analysis: Real World Applications》、《应用数学学报》、《数学物理学报》等国内外学术杂志编委。曾获国家自然科学奖二等奖、中国科学院青年科学家奖等奖项。

 报告人：李特

报告题目：Nonlinear Stability of the Taylor-Couette ow

报告内容简介：

Hydrodynamic stability at high Reynolds number is a central topic in

 uid mechanics. It is closely related to turbulence. Whereas the laminar velocity profile is linearly stable for all Reynolds number, Reynolds

experiment reveals that laminar flows could be unstable and transit to turbulence at high Reynolds number. This phenomenon is described as subcritical transition. And the mechanism behind is not well understood yet. One of the main dif culties is that the linearized operator  is non-self-adjoint. Based on the resolvent estimates, we first show the sharp enhanced- dissipation decay rate of the solution for the linearized system around 2D Taylor-Couette ow. We also derive the space-time estimates for the nonlinear part using the resolvent estimates. Combining all above, we obtain the nonlinear transition threshold for the Taylor-Couette ow.

报告人简介：

中国科学院数学与系统科学研究院应用数学研究所副研究员，博士毕业于北京大学数学科学学院，曾在新加坡国立大学从事博士后研究工作，2024 年入选中科院百人计划。研究兴趣主要为不可压缩 Navier-Stokes 方程的稳定性问题，相关成果发表在 CPAM, Annales ENS, ARMA 等国际数学刊物上。

报告人：吴雷

报告题目：稀薄气体流动的可计算建模和多尺度模拟报告内容简介：

稀薄气体动力学在航空航天、半导体芯片等行业中有重要应用。本报告首先介绍我们如何从自王承书 - 乌伦贝克方程出发，抓住问题的本质，建模多原子气体（包含辐射）的可计算模型，重现高超声速双锥实验结果。其次，介绍我们近年来提出的具有“快速收敛”和“渐近保持”性质的通用合成迭代算法GSIS，以及在光刻机和高超声速流动、辐射、流固耦合、多尺度拓扑优化等问题的应用。

报告人简介：

南方科技大学副教授。2013 年毕业于英国 Strathclyde 大学，获博士学位。2013 年至2019 年期间在 Strathclyde 大学从事博士后研究、并历任讲师和高级讲师，2019 年起在南方科技大学任职。主要从事计算流体动力学及稀薄气体动力学的研究，通过气体动理论建模及发展高效准确的数值模拟方法，理解气体极限情况下的非平衡输运，在航空航天、微机电系统、页岩气流动模拟、固体微尺度传热等方面有重要应用。曾在 2018 年获得 Strathclyde 大学颁发的 Strathclyde Teaching Excellence Award，并在 2019 年获得曙光青年科学家奖等荣誉。以第一或通讯作者发表 SCI 学术论文 50 余篇，包括 J.Fluid Mech. 10 篇，J.Comput. Phys. 9 篇。

报告人：胡凯

报告题目：Detonation Solutions of Zeldovich-von Neumann-

Döring Combustion Equations

报告内容简介：

Zeldovich-von Neumann-Döring equations are effectively applied to investigation of the combustion phenomena for compressible fluids,

whose central issue for aviation industry is the dynamics of detonation waves. In this talk,        I will present some recent results on global well-posedness of detonation solutions with large amplitude. A physical ignition condition is imposed on the ZND model. It leads to the loss of uniform dissipation structures of exothermal source, and amplifies the oscillation  of combustion waves. For general combustible gases with variable adiabatic indices, we established the well-posedness results for overdriven detonations, and derived the optimal convergence rate of wave front tracking approximations.

报告人简介：

西南大学数学与统计学院副教授。2013 年毕业于中国科学院武汉物理与数学研究所， 获理学博士学位，同年入职西南大学数学与统计学院。2016-2017 年曾任美国 University of Pittsburgh 访问学者。主要研究方向为非线性偏微分方程，研究领域包含Euler 方程、燃烧方程等流体力学中的前沿课题。获得国家自然科学基金天元项目、青年项目，中国博士后科学基金等科技奖励。

 报告人：张振

报告题目：Modelling and simulation of moving contact lines on inextensible elastic sheets

报告内容简介：

In this work, we derive a thermodynamically consistent continuum model for the dynamics of two immiscible fluids on a thin and

inextensible elastic sheet. With the sheet being modelled by a deformable curve with the Wilmore energy and local inextensibility constraint, we derive a two-phase hydrodynamics model with the interfacial and boundary conditions consistent with the second law of thermodynamics. In particular, the boundary conditions on the sheet and at the moving contact line take the form of force balances involving the uid stress, surface tensions, the sheet bending force and sheet tension, as well as friction forces arising from the slip of uids on the sheet. The resulting model obeys an energy dissipation law. Numerical solutions for the coupled  uid-sheet dynamics are obtained using the  nite element method. Numerical study  of the droplet relaxation dynamics on an elastic sheet and the transport of a droplet driven by bendotaxis are presented.

报告人简介：

现任南方科技大学数学系长聘副教授。本科毕业于中国科学技术大学数学系，之后进入香港科技大学学习并于 2013 年获得应用数学博士学位，师从王筱平教授。于 2013 年至

2015 年在新加坡国立大学从事计算数学的博士后研究，并在 2015 年加入了南方科技大学数学系。主要研究领域在于应用问题的建模和计算，特别是数值偏微分方程，多相复杂流模型，以及高维数据分析。目前在流体力学、科学计算和机器学习等相关领域发表高质量学术论文 20 余篇，其中包括 M3AS、JFM、JCP、CMAME、PR、JASA 等顶级期刊。曾主持多项省部级基金项目，包括国自然面上项目、广东省自然面上、天元 - 琶洲实验室数学 - 医学联合基金等，是科技部重点专项的课题负责人。曾入选 2017 年中组部“青年千人计划”及深圳市海外高层次人才“孔雀计划”B 类，获 2015 年香港数学学会最佳博士论文奖。

 报告人：熊杭

报告题目：Global well-posedness of Vlasov-Poisson-Boltzmann system with neutral initial data and small relative entropy

报告内容简介：

The dynamics of dilute plasma particles such as electrons and ions can be modeled by the fundamental two species Vlasov-Poisson-Boltzmann system which describes mutual interactions of plasma particles through collisions in the self-induced electriceld. In this paper, we are concerned with global well-posed theory of mild solutions to this system. We established the global existence and uniqueness of mild solutions to the two species Vlasov-Poisson-Boltzmann system in the torus for a class of initial data with bounded time-velocity-weighted L∞ norm under nearly neutral condition and some smallness condition on     norm with time-velocity-weight as well as   defect mass, energy and entropy so that   the initial data allow large amplitude oscillations.

报告人简介：

中国科学院数学与系统科学研究院博士后，合作导师为黄飞敏研究员。博士毕业于华中科技大学。主要从事 Boltzmann 方程及其相关动理学模型适定性问题的研究。在 JDE，JMP 上发表学术论文 2 篇。主持中国博士后基金特别资助项目 1 项，中国博士后基金面上项目 1 项。

报告人：张伟伟

报告题目：计算力学的两种范式对比分析、融合与展望报告内容简介：

人工智能的蓬勃发展为微分方程的求解和计算力学的发展带来了变革性的技术途径。以有限差分法、有限体积法和有限元法等为代表的传统计算力学范式，与以物理信息神经网络、极限学习机等为代表的智能范式各有优劣，他们的互相促进和深入融合，将为计算力学的发展带来了新的可能。报告深入对比分析了传统范式与智能范式各自的特点及优劣，以报告人团队近期的研究为例，归纳了两种范式互相促进的最新进展和典型案例，并探讨了两种范式融合的初步方案。报告最后将展望人工智能在工程计算领域更广泛的应用，涵盖大模型和智能流体力学计算软件等。

报告人简介：

西北工业大学航空学院，长江学者特聘教授，中国空气动力学会副理事长，流体力学智能化国际联合研究所所长。主要从事智能流体力学、气动弹性力学和飞行器设计研究。发展了高效高精度的空气动力模型和气动弹性分析方法，揭示了复杂流固耦合问题的诱发机理， 也是智能流体力学的倡导者和主要推动者之一。主持国家自然科学基金等国家级项目 20 余项，有力支撑了我国航空、航天、兵器等十多个单位 30 多个型号的研制，为 C919 等重大型号研制做出贡献，获得省部级科研成果奖 5 项。在 PAS、JFM 等国内外知名刊物发表论文200 余篇，撰写著作 3 部。曾获得国家优秀青年基金、航空学会青年科技奖、空气动力学会青年科技奖等荣誉。担任中国空气动力学会智能流体力学专业组主任、空气弹性力学专业委员会副主任，中国力学学会流固耦合力学专业委员会副主任、智能流体力学产业联合体副理事长兼秘书长，空气动力学学报副主编，AST、TAML、AAMM、AIA 等国际期刊编委。

报告人：陈玉丽

报告题目：离散余弦变换在复合材料力学研究中的应用报告内容简介：

离散余弦变换（DCT）具有很好的“能量集中”特性，有助于捕捉问题的“主要矛盾”，应用于力学问题中常常可以化繁为简、披沙沥金。本文结合性能预测、微结构识别和性能定制三个复合材料力学研究中的主要问题，展示 DCT 在力学中的应用。1）任意形貌基底上薄膜贴附形态的预测。针对复杂不可展曲面基底，基于 DCT 发展了多分辨分析方法，将任意形貌的基底分解成一系列简单双向余弦形貌基底，然后通过最小势能原理分析得到每个简单余弦形貌基底上薄膜的贴附形态，进而实现了任意复杂形貌基底上薄膜贴附形态的快速预测，并得到了薄膜完全贴合的临界基底粗糙度的解析表达式。2）基于频域深度学习的微结构识别方法。为了利用可测量的宏观应变 / 位移场对非均匀材料的微观结构进行快速且鲁棒的识别，需要解决降维和降噪两个问题。将 DCT 引入深度学习，将原始数据信息转换到频域空间并截取低频部分， 既可以有效保留原始信息又能显著降低数据维度，实现快速识别；并且，由于噪声主要在高频部分，该变换后截取的过程也同时实现了降噪，提升了鲁棒性。3）快速定制超材料力学性能的机械傅里叶方法。根据目标需求，实现任意非线性本构曲线的定制极具挑战，其中非单调曲线的定制尤为困难。利用 DCT，将任意应力 - 应变曲线分解为一条常值水平线和多条余弦曲线；并利用超材料的模块化设计思想，通过双稳态单元设计了能够实现余弦曲线（或常值水平线）的余弦多稳态模块；进而通过模块叠加实现了对任意目标曲线的定制。该方法在宏观尺度和微观尺度均实现了对各种应力 - 应变曲线的定制。

报告人简介：

北京航空航天大学教授、博导，国家杰出青年科学基金获得者，教育部青年长江学者。2003 年于北京航空航天大学工程力学专业获得学士学位；2008 年于清华大学固体力学专业获得博士学位；2008 年至 2011 年在美国俄亥俄州立大学从事博士后研究；2011 年起在北京航空航天大学任教，2016 年晋升教授。主要从事多尺度复合材料力学、新型材料结构设计等方面的研究，在 J Mech Phys Solids、Int J Plast 以及 PNAS、Adv Mater、Compos Sci Technol 等高水平国际期刊上发表 SCI 论文 80 余篇，2021 年获得中国力学学会自然科学一等奖（排名第 1）、中国力学学会青年科技奖，2022 年获得北京市教育教学成果一等奖（排名第 1），2023 年获得国家级教育教学成果二等奖（排名第 1）。受邀担任中国力学学会副秘书长、力学名词审定工作委员会委员、中国复合材料学会智能复合材料专业委员会委员等学术职务，以及 Composites Part A 中国区副主编、Forces in Mechanics 副主编、力学学报、Acta Mechanica Sinica、固体力学学报、航空学报、应用力学学报、Nano Mater Sci、Curr Mech Adv Mater 等期刊的编委/ 青年编委。

 报告人：阎军

报告题目：数据驱动的海洋柔性结构关键力学问题报告内容简介：

随着海洋开发不断进入深水及超深水区域，水下生产系统已成为深海能源及资源开发的主流模式。脐带缆和柔性立管是水下生产系统的关键装备，被称为海洋开发的“生命线”。然而，深远海区域海况恶劣极端，脐带缆和柔性立管是具有超大细长比特征的柔性复合结构，动力响应及失效模式十分特殊，加强设计理论非常缺乏。针对上述相关科学问题与“卡脖子”技术挑战，本报告将系统地介绍基于数据驱动计算力学的脐带缆与柔性立管结构创新设计，动力失效模式分析、海洋柔性装备现场监测和数字孪生技术、结构智能拓扑优化设计等。

报告人简介：

教授，博士生导师。教育部特聘教授、辽宁省“兴辽英才计划”科技创新领军人才、大连市领军人才。现担任大连理工大学力学与航空航天学院院长、辽宁省力学学会副理事长、中国力学学会教育工作委员会委员、对外交流与合作工作委员会委员、中国航天科技集团有限公司第五研究院总体部科技委专业技术委员会委员、“Materials”、“哈尔滨工程大学学报”、 “International Journal for Simulation and Multidisciplinary Design Optimization”编委及青年编委。

多项科研成果取得了重要突破，并应用在在航空航天、海洋等领域，解决了一系列卡脖子技术问题。承担 4 项国家自然科学基金（重点类项目 1 项），1 项国家重点研发计划项目课题，1 项国家高科技发展计划（863）重大项目子课题，1 项国家科技重大专项子课题， 省级超千万项目 1 项，负责国家、省部级、企事业单位共计 40 余项。在国际、国内重要学术期刊上发表论文 100 余篇，其中发表 SCI 期刊论文 72 篇，SCI 他引 1000 余次。研究工作引起国内外同行的关注和实质性引用，被评价为“important nding”。出版英文专著 1 部， 获授权专利 35 项，其中发明专利 16 项，获批软件著作权 13 项。先后获国家自然科学二等奖、教育部自然科学一等奖、辽宁省科技进步一等奖等重要奖励。

报告人：柳占立

报告题目：基于力学仿真和深度学习的功能结构材料设计报告内容简介：

先进功能结构材料近年来受到材料和力学结构设计领域的广泛关注，这些材料一般通过多个尺度的结构设计实现各种卓越的性能。在早期的材料设计中，有的基于设计者的丰富经验，从天然拓扑结构中抽象出合理的数学力学模型；有的基于生物系统的结构和功能特点提取出仿生力学模型。然而，仅依靠经验性的巧妙设计很难满足实际功能需求，通过反复迭代设计和试验来遍历设计空间也不切实际。基于数据驱动的机器学习方法擅长建立数据空间多维变量复杂关系，能够揭示传统力学研究方法难以发现的更深层次的力学机理和规律，成为力学领域崭新的研究热点。本报告介绍力学仿真和数据驱动在声学人工材料的智能化设计方面的初步成果，并对该领域的未来研究趋势进行探讨和展望。

报告人简介：

清华大学航天航空学院长聘教授，博士生导师，国家优青。2004、2009 年在清华大学工程力学系获学士和博士学位，2009-2012 年在美国西北大学机械工程系从事博士后研究。现任清华大学航天航空学院工程力学系副主任，中国力学学会计算力学专委会副主任，北京力学学会秘书长，国际期刊《International Journal of Fracture》Regional Editor，《应用数学和力学》期刊编委，《力学学报》青年编委等。获国家自然科学基金委优秀青年基金、中国力学学会青年科技奖、教育部自然科学奖一等奖（排名 2）、航空学会科学技术奖一等奖（排名 5）、钱令希计算力学青年奖等学术荣誉和奖励。主要围绕固体动态强度与断裂的理论、计算及工程应用开展研究，包括强冲击载荷下材料及结构的动态响应及失效、轻质多功能防护结构设计、生物组织创伤及修复重建等。

报告人：黄伟希

报告题目：基于机器学习方法的壁湍流减阻控制研究报告内容简介：

壁湍流减阻控制在流体力学基础研究和工程技术领域都具有重要意义。然而由于这类问题通常涉及非定常、非线性、高维性的结合， 寻找高效鲁棒的控制方法仍然面临很大的困难和挑战。本研究旨在为壁湍流减阻控制问题提供新的解决方案，通过机器学习方法和直接数值模拟的结合，从大量的数据中提取潜在的信息，进而得到更高效的控制策略。与传统流动控制方法相比，基于机器学习的流动减阻控制方法无需事先给定特定的经验形式，通过建立智能控制体（如深度神经网络、强化学习等模型），经由流场信息提取、控制策略生成、与流场相互作用三个步骤，实现控制方案的训练学习和对流场的实时控制。本研究首先针对圆柱绕流减阻控制问题，采用旋转振荡方式，提出了一种基于深度强化学习 (DRL) 的控制策略，利用对于部分流场信号的观察，实时选择旋转角速度，推迟或抑制尾涡的脱落。针对壁湍流减阻控制问题，采用壁面吹吸方式，提出了一种基于卷积神经网络 (CNN) 的控制方案，利用壁面可测信息 ( 壁面展向切应力和流向切应力 )，预测探测平面上的法向速度，并将其作为吹吸强度施加控制。结果显示，构建的机器学习控制模型能在与流场的交互学习中得到一个鲁棒稳健的控制策略， 对近壁湍流结构产生显著的改变，从而实现减阻的目的。进一步，考虑到高雷诺数情况下， 准备用于训练样本的 DNS 数据占用了大部分的计算时间，本研究构建了耦合降阶模型 - 机器学习的控制方法，在控制策略训练阶段采用限制非线性模型(RNL) 作为一种降阶模型代替DNS，在 Reτ=100~1000 范围内基于 CNN 和 DRL 均取得了良好的控制效果。

报告人简介：

清华大学航天航空学院长聘教授，博士生导师。主要从事复杂边界流动数值方法、复杂边界湍流机理及控制、仿生流动等方面的研究工作。在 Journal of Fluid Mechanics, Physics of Fluids, Physical Review Fluids 等流体力学主流期刊上发表 SCI 论文 100 多篇，SCI 引用 1500 多 次。担任 AIP Advances 和 Journal of Mechanical Science and Technology 副主编 ，International Journal of Heat and Fluid Flow, Theoretical and Applied Mechanics Letters, Advances in Aerodynamics 和水动力学研究与进展等期刊编委，以及国际湍流与剪切流会议(TSFP) 顾问委员会委员(Advisory Committee) 和亚洲流体力学委员会(AFMC) 秘书。承担多项国家自然科学基金、国家重点研发计划、十三五装备预研项目、清华大学国际科技合作项目等；研究成果在水面 / 水下航行器推进及减振降噪方面有成功的应用。目前为中国力学学会湍流与稳定性专业组成员和北京力学会理事 / 流体力学专业委员会副主任。

报告人：廉艳平

报告题目：数据驱动的结构设计与制造分析算法报告内容简介：

面向极端服役环境的高端装备结构，其重要发展趋势是轻量化、功能化、仿生化等，对先进结构的设计与制造技术提出了迫切需求。然而，现有的结构优化设计与制造仿真分析算法在处理涉及极端载荷和强非线性的抗冲击结构设计、先进制造工艺分析等问题时存在着计算规模大、效率低等瓶颈问题。基于人工智能的第四科学范式为上述难题的突破带来了新的思路，目前相应的工作处于百家争鸣状态。针对上述问题，本文将介绍两类数据驱动或融合的结构优化设计与模拟分析算法，包括数据驱动的抗冲击结构自训练分类判断优化设计方法、神经网络融合的多点协同梯度拓扑优化算法，以及金属增材制造成形材料考虑微观组织的力学性能高效预测算法与机器学习模型。最后，本文就未来研究方向思考一二，为如何促进偏微分方程的机器学习方法发展抛砖引玉，以期为高端工业装备结构迭代升级提供关键技术支撑。

报告人简介：

北京理工大学长聘教授，博士生导师，国家级青年人才，国家基础加强重点项目首席科学家。现担任中国力学学会固体力学专业委员会委员、数据驱动的计算力学方法专业组成员，《力 学学报》、《计算力学学报》等期刊编委。主持多项国家级科研项目，曾获北京市自然科学奖二等奖（2/6）、国际增材制造数值模拟挑战赛一等奖（1/6）、中国科学期刊 2022 年度优秀论文奖、中 国大学出版社优秀学术著作奖、清华大学优秀博士学位论文等荣誉。主要从事极端多场计算力学 理论与算法研究，包括增材制造、冲击侵彻、先进材料与结构设计分析等问题的算法以及数据驱 动计算力学新方法。建立了杂交 / 耦合 / 自适应物质点有限元法、流固耦合浸入物质点有限元法、金属增材制造多物理场物质点法、局部多网格有限体积法、扩展元胞自动机法、金属增材制造 “过程- 组织- 性能”多尺度多物理场耦合算法、数据驱动自洽聚类分析并发多尺度方法、分数阶Petrov-Galerkin 有限元法等。在力学领域国际主流期刊发表论文 50 余篇，合著《物质点法》学术 专著，参与国际学术丛书章节撰写 2 部等，授权软件著作权 10 余项，申请发明专利 4 项。

报告人：赵耀民

报告题目：物理与数据驱动的湍流建模与模型可解释性报告内容简介：

近年来，机器学习方法被广泛应用于湍流等力学问题的数据驱动建模，以提升传统模型对于复杂问题的预测精度。当前主要的数据驱动湍流建模方法大致可以分为两类。其中，深度神经网络等常用的机器学习建模方法往往为“黑箱”型，其模型拟合能力强，但可解释性较差，在实际工程应用中的泛化性能不理想。另一类以基因表达编程等符号回归方法训练具有显式表达式的模型， 其可解释性强，但模型训练过程中存在优化效率低等局限性。本报告以近期湍流亚格子应力的建模工作为例，探讨建模方法中物理信息的引入与模型可解释性的影响。

报告人简介：

北京大学助理教授、研究员、博士生导师。2017 年获北京大学流体力学博士学位。2017 年至 2020 年，于墨尔本大学任博士后研究员。研究关注航空发动机等重大工程应用中的关键流体力学问题，包括壁湍流，转捩，复杂流动的高精度数值模拟，机器学习辅助的湍流建模等。在流体力学、叶轮机械等专业权威期刊发表 20 余篇科研论文。曾获海外优青、中国科协青年人才托举工程、力学学会优博等奖励。

报告人：丁陈森

报告题目：高效可信的小样本数据驱动方法及应用报告内容简介：

基于神经网络类的人工智能算法因具有自适应、并行、适应性强以及能够处理非线性关系等优点，为复杂（力学）过程仿真提供了有效的新范式。但其存在可解释性不足、需要大量训练数据、训练成本高以及不能很好处理噪声 / 不确定性数据等问题，使其难以高效推动工程领域发展。本报告将介绍课题组所开发的强可解释性、低能耗的数据驱动力学仿真新框架 - 双模型缩减高斯过程模拟器（DORGP），以及其在复杂大规模场景，特别是工程应用落地方面的突出性能和前景。

报告人简介：

北京大学助理教授、研究员、博士生导师、中国机械总院兼任博导、XX 科研技术重点实验室结构仿真负责人。入选教育部人才引进计划、英国全球人才计划（Global Talent）。长期从事先进的计算 / 人工智能力学算法和软件、装备结构 / 材料一体化分析优化设计。研发出基于等几何分析的一体化快速算法和软件，应用于飞机等高端装备仿真；开发出仅需小样本的高可信、低能耗数据驱动力学高效算法和程序，成功用于乌东德水电站先进水泥（世界首座）长时序多特征的高精度预测，性能全面优于现有算法，并实现对中石油某炼化厂石脑油成分、性能的高精度预测，为人工智能算法落地解决数据获取难度大/ 成本高的大规模实际工程问题提供了有效的途径。以第一 / 通讯作者发表领域顶级著名期刊 SCI 论文 20 余篇， 主持重点研发项目子课题、军科委重点项目子课题、某科研重点实验室项目、国防科技基础加强计划项目子课题、先进成形技术与装备国家重点实验室（中国机械总院）开放课题等多个项目。

报告人：陈云天

报告题目：AI 助力的自动知识发现与方程挖掘报告内容简介：

科学研究的使命是理解和探索世界，以及根据经验和知识改造世界。知识发现可以利用人工智能算法从观测数据和实验数据中自动挖掘物理规律，并表示为控制方程。比如基于符号数学方法，可以实现任意结构方程的表示与优化，从观测数据中成功找到了具有交互项的 Burgers 方程、具有高阶导数的KdV 方程、具有指数项的Chafee-Infante 方程以及具有复合函数的粘性重力流等方程。基于 AI 的知识发现有望打破知识和数据之间的壁垒，产生对世界的全新认知，促进科学的发展，推进人类认知的前沿。本报告将讨论知识发现领域的进展，以及在力学和能源等领域的潜在发展机遇。

报告人简介：

东方理工高等研究院助理教授（副高、博导），兼任上海交通大学计算机系博导。研究方向为科学机器学习，主要关注于：1）物理驱动与数据驱动的融合，2）AI 挖掘物理规律。本科毕业于清华大学能源与动力工程系，同时获北京大学经济学双学位，博士提前毕业于北京大学工学院，并获优秀毕业生荣誉。鹏城实验室博士后。发表论文 30 余篇，获授权发明

专利 18 项，主持国家自然科学基金等课题 10 项，累计经费 1510 万元。获得中国精品期刊顶尖论文奖，甬江人才工程青年创新人才等荣誉。

报告人：邵雪明

报告题目：多尺度空化流动的实验测量与数值建模报告内容简介：

空化流动本质上是一种耦合了相变、湍流、可压缩等因素的多相多尺度复杂流动，其宏观运动特征与细观尺度泡群动力学之间存在密切的关联。报告人所在课题组基于从细观到宏观的研究思路，针对多尺度空化流若干细观流动机理和宏观模型建立开展了一些研究探索，包括：揭示了泡泡耦合效应对群泡体积分数变化率的影响机制，建立了考虑群泡耦合效应的空化新模型；发展了基于动态体积力的气泡流直接数值模拟新方法，建立了适用于非浮力驱动气泡的单泡和群泡阻力新模型；系统开展了基于不同模型的泡群诱导湍流研究，建立了气泡诱导湍流雷诺应力与体积分数、滑移速度的封闭关系式。研究成果深化了对空化流动机理的认知，为相关工程领域多尺度复杂空化流动模拟提供了新方法和新模型支撑。

报告人简介：

1972 年生，1993 年和 1996 年毕业于哈尔滨工程大学分别获学士和硕士学位，1999 年毕业于浙江大学获博士学位。现为浙江大学求是特聘教授，先进无人机技术浙江省工程研究中心主任，装发水动力技术和靶标技术专业组成员、快速支持机制责任专家和某装备重大基础研究项目专家委员会委员，中国力学学会流体力学专业委员会副主任委员，力学学报（英文版）、Journal of Hydrodynamics、浙江大学学报（工学版）、空气动力学学报、船舶力学、火箭推进等期刊编委，水动力学全国重点实验室、水中兵器水动力学教育部重点实验室、高速水动力航空科技重点实验室等学术委员会委员。主要从事水动力学、多相流和无人机等方向研究工作，承担国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划项目、国防军工项目等各类项目 50 余项，发表高水平论文 120 余篇，相关成果获省部级奖励 4 项，入选教育部新世纪优秀人才支持计划，获评第四届周培源水动力学奖二等奖。

报告人：王本龙

报告题目：云空泡内部介质特性和旋涡空化流动研究进展报告内容简介：

针对舰船推进器和附体高速运动过程产生的各型空化流动问题，本报告介绍近年来研究团队在漩涡空化方面数值模拟和机理实验研究领域取得的研究进展。漩涡类型空化流动常发生在扭曲水翼、截断翼以及翼顶间隙流场，涵盖典型的云空化和涡空化流动。由于漩涡空化流动具有显著的非定常特性，水汽流动介质界面复杂，这些因素给数值模拟和光学实验测量带来巨大挑战。通过流场实验分析漩涡流场时均速度梯度张量分量和雷诺应力张量分量空间分布特征，讨论了非线性湍流模式对于梢涡流动及梢涡空化流动的适用性，发展了适用于工程应用的空化流数值模拟和噪声预报方法。针对空化流水汽界面复杂、难以通过光学测量方法获得空化区流场内部特征的问题，研制了电导率探针开展了云空化流场内部水汽混合介质特性的水洞实验，获得了空泡区汽泡密度分布和含汽比的统计特性，为发展空化模型和湍流模拟方法提供了基本流场特征。针对梢涡空化特有的柱状空泡，采用渐进分析研究了柱状空泡不同模态特征、噪声辐射特征以及特有的涡唱现象，并分析了不同模态振荡过程的线性稳定性，为研究空化泡破碎、融合提供了机理认识。这些机理实验和数值模拟方法显著地提高了对漩涡空化流场特征的认识。

报告人简介：

上海交通大学教授。主要针对海岸带水波动力学以及高速水动力学领域的带空化流动开展基础理论和应用研究工作，采用多尺度分析方法建立了波浪在柱群间传播的波能耗散理论和泰勒扩散系数的理论计算模型；提出了海水波动诱导磁场异常变化的理论模型；建立了梢涡空化噪声涡唱频率和稳定性的分析模型。曾担任《水动力学研究与进展》、《力学季刊》编委，并在 2011-2015 年担任中国力学学会水动力学专业组副组长，2015 年至今担任中国力学学会流体力学专业委员会秘书。曾获得 2017 年上海交通大学晨星 - 优秀青年学者奖励计划，2015 年中航工业科学技术一等奖（排名第 2）、2014 年周培源水动力学三等奖（个人奖）等科技奖励。

报告人：冯立好

报告题目：翼型对阵风来流响应规律的理论和实验研究报告内容简介：

阵风是自然环境的真实流动状态，导致飞行器载荷突变，是影响飞行安全的重要因素。因此，美国、欧洲和中国均颁布了运输类飞机的适航标准，规定了飞机承受的阵风载荷标准，对阵风载荷的精准预测也是支撑飞行器精细化设计的重要基础。针对上述需求，开展了阵风响应理论、流动机理和载荷减缓控制方法研究。首先，研究了经典阵风响应理论的适用性，进一步开展了理论修正。其次，建立了阵风和动态运动耦合扰动下翼型气动和流动响应的理论模型，并且进行了实验验证。最后，发展了基于耦合扰动响应理论的阵风载荷减缓方法，通过风洞虚拟飞行试验验证了有效性。

报告人简介：

北京航空航天大学教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者，173 重点项目首席科学家。主要从事流动控制、空气动力学等领域的研究。发表 SCI 论文 70 余篇，获授权国家发明专利 10 余项，在剑桥大学出版社合作出版专著“Flow Control Techniques and Applications”。主持国家自然科学基金优秀青年基金和联合基金重点项目、173 重点项目、国防科技创新特区项目、工信部民机项目专题等。获 2022 年教育部自然科学奖一等奖、2017 年教育部技术发明奖一等奖、2019 年中国空气动力学会青年科技奖、2017 年FLUCOME 国际会议优秀青年学者 Nakayama 奖等。兼任《实验力学》副主编，中国空气动力学会低跨超专委会副主任委员，《气体物理》编委，Acta Mechanica Sinica、Chinese Journal of Aeronautics、《力学学报》青年编委等。

报告人：司廷

报告题目：射流不稳定性实验和理论研究报告内容简介：

流体射流广泛存在于液滴和胶囊的可控制备、发动机燃料的增强雾化等实际应用中。射流因不稳定性等机制失稳演化，会带来复杂的流动现象，深刻认识其演化规律和机理至关重要。在数学上，线性不稳定性理论往往通过引入小扰动将非线性问题转化为近似的线性定解问题进行求解。多相射流问题的控制方程为流体力学基本方程组，在电场作用下需考虑电流体动力学方程并建立带电流体模型，而在温度场中需引入能量方程并考察液体表面张力变化和热对流效应。近年来，我们基于实际问题构建了一系列简化的物理模型，形成了完备的不稳定性理论分析方法，揭示了流体射流失稳的界面演化规律和机理，获得的理论预测结果与实验一致，为实际应用提供了可靠的理论支撑。

报告人简介：

中国科学技术大学教授，教育部长江学者，工程科学学院副院长。2000 年考入中国科大，2004 年获理论与应用力学学士学位，2009 年获流体力学博士学位，之后留校工作，曾在美国俄亥俄州立大学访问两年多。长期围绕实验流体力学、微纳尺度流动和界面流动等开展基础科学问题和关键核心技术研究，已发表重要期刊论文 150 余篇，其中流体力学旗舰期

刊 JFM 23 篇、PoF 28 篇，研制实用化仪器设备，获批国家专利 20 余项，主持国家重大科研仪器研制 ( 自由申请 )、国家基金委优青、中央组织部青年拔尖人才、中国科学院青促会优秀会员等项目，参与国家基金委基础科学中心和创新研究群体、国防科工局基础科学挑战专题、中国科学院先导 B 等项目。曾获中国力学学会青年科技奖、徐芝纶力学优秀教师奖， 以第二完成人获教育部自然科学奖二等奖、中国力学学会自然科学奖二等奖。担任国际期刊JMES、BMC Cancer 副主编和多个期刊编委，是中国力学学会激波与激波管专业委员会委员和秘书长、微纳尺度流动专业组组长、力学名词审定工作委员会委员，中国空气动力学会科普工作委员会委员，安徽省力学学会理事和青年工作委员会主任委员。

报告人：王一伟

报告题目：空泡与自由面相互作用诱导的界面不稳定性研究报告内容简介：

航行器 / 飞行器穿越水气自由面过程中，涉及到空泡与自由面相互作用等流体力学前沿基础问题，其中瑞利 - 泰勒（RT）不稳定性是自由面流态变化、分类中的主导因素。本报告首先针对不同类型单空泡与自由面相互作用问题，推导了空泡振荡影响下的界面扰动演化方程，获得了自由面通气、破碎、振荡等分区的判别准则。进一步针对切割自由面水翼流动等典型问题，建立了基于升力线理论的空泡形状预测模型，研究了 RT 不稳定性导致的全湿、通气等不同流动状态的区分方法，为探索稳定的自由面航行提供了研究思路，并展望了在超高速水面航行器等新概念装备研制中的应用前景。

报告人简介：

主要从事跨介质高速水动力学问题研究，已主持 173 重点项目、国家自然基金优青项目和重大项目课题等任务，成果发表于JFM、PRF、PoF 等期刊上，并应用于重大工程型号研制与新概念装备探索。目前担任科技部“深海极地装备”重点研发计划专项总体专家组成员、力学学会流体力学专业委员会秘书长、力学学报编委等职，曾获周培源水动力学青年奖、中国力学学会科技进步一等奖、中国力学学会青年科技奖等奖项。