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河海大學(xué)青年學(xué)者在

粒子有限元法大變形數(shù)值模擬研究方面

取得新進(jìn)展

巖土工程大變形問(wèn)題（如滑坡、泥石流、靜力觸探試驗(yàn)、打樁等）是巖土工程理論和實(shí)踐中一直以來(lái)的難點(diǎn)問(wèn)題。近日，河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院袁維海副研究員以”Particle finite element method implementation for large deformation analysis using Abaqus”為題在巖土工程領(lǐng)域知名期刊Acta Geotechnica發(fā)表最新研究成果。該研究通過(guò)對(duì)Abaqus進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了粒子有限元法（PFEM）這一大變形數(shù)值分析手段，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)商業(yè)軟件中大變形分析功能的不足，為巖土工程大變形分析提供了簡(jiǎn)易的計(jì)算工具，拓展了巖土工程大變形分析的新途徑，有利于PFEM方法的推廣應(yīng)用。

圖1 粒子有限元法（PFEM）計(jì)算流程

粒子有限元法將有限元網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)視為自由粒子，根據(jù)分析步的位移增量更新粒子的位置，并通過(guò)周期性的計(jì)算域重新識(shí)別和網(wǎng)格重新剖分解決傳統(tǒng)有限元法存在的網(wǎng)格扭曲問(wèn)題，能有效的實(shí)現(xiàn)巖土大變形數(shù)值模擬。研究采用Abaqus的內(nèi)置函數(shù)進(jìn)行常規(guī)增量FEM分析，并使用mesh-to-mesh mapping方法實(shí)現(xiàn)場(chǎng)變量的映射，使用單個(gè)Python腳本就能實(shí)現(xiàn)PFEM數(shù)值模擬，顯著減少了編碼工作量，為PFEM在巖土工程中的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖2 粒子有限元法（PFEM）在Abaqus中實(shí)現(xiàn)

研究通過(guò)分析彈性懸臂梁彎曲，剛性基礎(chǔ)貫入試驗(yàn)、T-bar貫入試驗(yàn)以及海床-管線相互作用等問(wèn)題，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。結(jié)果表明，研究所提出的Abaqus-PFEM方法能夠很好解決巖土大變形及土-結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題。

Abaqus-PFEM方法結(jié)合了PFEM處理大變形問(wèn)題的能力及Abaqus軟件強(qiáng)大的有限元求解和前后處理功能。該方法具有計(jì)算精度和計(jì)算效率高、應(yīng)力結(jié)果光滑、處理接觸非線性和材料非線性簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，為解決巖土工程大變形問(wèn)題提供了新的思路和方法。

圖3 彈性懸臂梁彎曲模擬結(jié)果

圖4 剛性基礎(chǔ)貫入模擬結(jié)果

圖5 T-bar貫入模擬結(jié)果

圖6 海床-管線相互作用模擬結(jié)果

該論文于2021年7月入選ESI高被引論文。論文研究工作由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2017YFC1502603）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：41807223）等提供經(jīng)費(fèi)支持。

論文鏈接：Yuan W.-H., Wang H.-C., Zhang W., Dai B.-B., Liu K., Wang Y., Particle finite element method implementation for large deformation analysis using Abaqus. Acta Geotechnica, 2021, 16(8): 2449–2462. https://link.網(wǎng)址未加載/article/10.1007/s11440-020-01124-2

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我校舉辦“一帶一路”水合作與

長(zhǎng)江保護(hù)法學(xué)術(shù)論壇

暨中國(guó)水利學(xué)會(huì)水法研究專業(yè)委員會(huì)

2021年學(xué)術(shù)年會(huì)

10月31日，由河海大學(xué)、長(zhǎng)江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院、中國(guó)水利學(xué)會(huì)水法研究專業(yè)委員會(huì)主辦的“一帶一路”水合作與長(zhǎng)江保護(hù)法學(xué)術(shù)論壇暨中國(guó)水利學(xué)會(huì)水法研究專業(yè)委員會(huì)2021年學(xué)術(shù)年會(huì)在我校舉行。校黨委常委、副校長(zhǎng)張兵教授，江蘇省水利廳黨組成員、副廳長(zhǎng)韓全林在開幕式上致辭。開幕式由校長(zhǎng)助理、中國(guó)水利學(xué)會(huì)水法研究專業(yè)委員會(huì)主任委員邢鴻飛教授主持。

張兵對(duì)參加本次會(huì)議的各位領(lǐng)導(dǎo)和專家學(xué)者表示熱烈的歡迎。他指出，學(xué)校緊緊抓住主動(dòng)融入和服務(wù)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的重要機(jī)遇開展決策咨詢研究，成立了江蘇長(zhǎng)江保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展研究基地，將基地積極打造成為助力長(zhǎng)江大保護(hù)和江蘇長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展的新型智庫(kù)。

韓全林在致辭中充分肯定了江蘇長(zhǎng)江治理保護(hù)的顯著成效，并指出要充分認(rèn)識(shí)《長(zhǎng)江保護(hù)法》出臺(tái)的重大意義，在此基礎(chǔ)上要進(jìn)一步完善長(zhǎng)江大保護(hù)制度體系，夯實(shí)長(zhǎng)江大保護(hù)水利責(zé)任，推進(jìn)長(zhǎng)江大保護(hù)重點(diǎn)任務(wù)，并奮力開啟江蘇長(zhǎng)江治理保護(hù)的新篇章。

主題報(bào)告階段，水利部政法司原副司長(zhǎng)、河海大學(xué)兼職教授王治，江蘇省人民檢察院副檢察長(zhǎng)陶國(guó)中，中國(guó)法學(xué)會(huì)行政法學(xué)研究會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、清華大學(xué)法學(xué)院余凌云教授，江蘇省高級(jí)人民法院環(huán)境資源審判庭庭長(zhǎng)劉建功、南京環(huán)境資源法庭庭長(zhǎng)陳迎等10位專家圍繞“《長(zhǎng)江保護(hù)法》中的資源保護(hù)”“檢察機(jī)關(guān)在長(zhǎng)江大保護(hù)中的實(shí)踐與思考”“非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法”等主題分別作報(bào)告。

本次學(xué)術(shù)論壇針對(duì)新時(shí)代水法治的重大理論和實(shí)踐問(wèn)題，提出了建設(shè)性的意見和建議，將促進(jìn)水法研究者、實(shí)務(wù)工作者為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展作出新的更大貢獻(xiàn)。

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河海大學(xué)舉辦第四屆國(guó)際青年學(xué)者云論壇

11月2日，河海大學(xué)舉辦第四屆國(guó)際青年學(xué)者云論壇。學(xué)校常務(wù)副校長(zhǎng)李俊杰出席開幕式并講話，副校長(zhǎng)許峰致辭，江蘇省教育廳、江蘇省專家和留學(xué)人員服務(wù)中心相關(guān)負(fù)責(zé)同志出席論壇。來(lái)自美國(guó)康奈爾大學(xué)、英國(guó)拉夫堡大學(xué)、德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)等近百所高校、研究所的青年學(xué)者與學(xué)校優(yōu)秀青年教師代表300多人齊聚云端，交流研究成果、探討發(fā)展方向。

李俊杰在開幕式講話中說(shuō)，近年來(lái)，學(xué)校秉持為黨育人，為國(guó)育才的初心使命，堅(jiān)持黨對(duì)人才工作的全面領(lǐng)導(dǎo)，實(shí)施人才優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略，推進(jìn)人才體制機(jī)制改革，讓各類人才成長(zhǎng)有機(jī)會(huì)、干事有舞臺(tái)、發(fā)展有空間。他希望，青年學(xué)者們加盟河海大學(xué)，深懷愛國(guó)之心，砥礪報(bào)國(guó)之志，在學(xué)校 “雙一流”建設(shè)及內(nèi)涵式高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程中，主動(dòng)擔(dān)負(fù)起時(shí)代賦予的使命責(zé)任，同筑“河海夢(mèng)”，共譜新華章。

許峰介紹了河海大學(xué)的歷史沿革、辦學(xué)特色以及新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略舉措。他說(shuō)，學(xué)校將貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記重要講話精神，堅(jiān)持黨管人才工作原則，準(zhǔn)確把握時(shí)代要求，加強(qiáng)對(duì)人才工作的頂層設(shè)計(jì)和戰(zhàn)略規(guī)劃，將新時(shí)代人才觀落到人才工作全過(guò)程各環(huán)節(jié)，緊密結(jié)合學(xué)科建設(shè)需求，構(gòu)建支撐高質(zhì)量發(fā)展的人才工作機(jī)制和政策體系，為師資隊(duì)伍建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)有力的政治和組織保證。

江蘇省教育廳教師工作處以及江蘇省專家和留學(xué)人員服務(wù)中心的相關(guān)負(fù)責(zé)人分別介紹了江蘇省人才引進(jìn)政策、高校高層次人才隊(duì)伍建設(shè)及相關(guān)人才工程實(shí)施情況。他們表示，江蘇省在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的新征程中，堅(jiān)持高層次人才的引領(lǐng)性、支撐性作用，推進(jìn)人才體制機(jī)制的改革創(chuàng)新，集聚了一批滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求的領(lǐng)軍人才。

主論壇上，學(xué)校黨委教師工作部部長(zhǎng)、人事處處長(zhǎng)張雪剛?cè)�面介紹了學(xué)校有關(guān)人才及科技政策。二位海歸學(xué)者圍繞各自的研究領(lǐng)域做主題報(bào)告并談了來(lái)校工作的體會(huì)。往屆論壇參與者，新進(jìn)教師代表分享了自己加入河海大學(xué)后的學(xué)術(shù)成果和感受，多位青年才俊代表分別做研究報(bào)告。

在論壇的互動(dòng)交流環(huán)節(jié)，教務(wù)處、科技處、研究生院、人事處的負(fù)責(zé)同志就現(xiàn)場(chǎng)青年教師與線上海外學(xué)子所關(guān)心的學(xué)術(shù)研究、教學(xué)能力提升、社會(huì)服務(wù)、校內(nèi)人才計(jì)劃申報(bào)等問(wèn)題做了交流和解答。主論壇后，各學(xué)院（學(xué)部）分別邀請(qǐng)相應(yīng)學(xué)科的青年學(xué)者舉行云端分論壇，進(jìn)行學(xué)術(shù)研討和人才交流等合作。本屆論壇設(shè)有1個(gè)主論壇和18個(gè)分論壇，采取線上線下結(jié)合的方式。

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我校學(xué)者在用能互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)指引下，我國(guó)電網(wǎng)正在向著智能化、綠色化發(fā)展，傳統(tǒng)“自頂向下”的電網(wǎng)發(fā)輸配變用模式正在面臨一系列挑戰(zhàn)。一方面，可再生能源的大量滲透導(dǎo)致電網(wǎng)供給側(cè)靈活性下降明顯，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)威脅；另一方面，先進(jìn)信息通信技術(shù)的發(fā)展使大量分布式需求側(cè)資源能夠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，但其海量、分布式的特點(diǎn)給供需互動(dòng)調(diào)節(jié)提出了新的要求�！白缘紫蛏稀睒�(gòu)建新一代能源體系是現(xiàn)實(shí)意義下能源可持續(xù)發(fā)展切實(shí)可行的道路。借鑒互聯(lián)網(wǎng)機(jī)制，同傳統(tǒng)電網(wǎng)“自頂向下”的樹狀結(jié)構(gòu)相比，用能互聯(lián)網(wǎng)的形成是能量自治單元之間的對(duì)等互聯(lián)。如何基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，從系統(tǒng)控制的角度精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)“自底向上”實(shí)時(shí)能量管控模式，在一定區(qū)域內(nèi)承擔(dān)分布式可再生能源的靈活接入、動(dòng)態(tài)負(fù)荷的局部消納、與用戶互動(dòng)的需求側(cè)響應(yīng)等功能，仍存在諸多科學(xué)難題和技術(shù)瓶頸。

圖1 “自底向上”能源體系示意圖

近期，我校能源與電氣學(xué)院教師華昊辰面向用能互聯(lián)網(wǎng)研究重大需求和科學(xué)問(wèn)題，創(chuàng)新提出了“自底向上”的能源體系管理架構(gòu)以及多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)能量管理方案，通過(guò)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”時(shí)間和空間的互動(dòng)與互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源電網(wǎng)的安全高效運(yùn)行。

圖2 深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

針對(duì)需求側(cè)分布式電源以及可調(diào)節(jié)負(fù)荷的多元不確定性，引入隨機(jī)微分方程，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建“知識(shí)-數(shù)據(jù)”聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源出力、分布式負(fù)荷需求以及可調(diào)節(jié)資源調(diào)節(jié)潛力的精準(zhǔn)描述。在此基礎(chǔ)上，以微電網(wǎng)為典型場(chǎng)景，綜合考慮可再生能源出力、用戶負(fù)荷需求等因素，提出了基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（DRL）的控制策略，解決海量分布式用戶及設(shè)備模型參數(shù)難以逐一獲取的問(wèn)題。進(jìn)一步針對(duì)協(xié)同優(yōu)化過(guò)程中用戶隱私保護(hù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于DRL的協(xié)同學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，在用戶隱私數(shù)據(jù)不出本地的前提下實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的協(xié)同優(yōu)化，有效保護(hù)了用戶隱私。此外，針對(duì)電力系統(tǒng)的碳排放因子固定非時(shí)變的現(xiàn)狀，提出了面向需求側(cè)的碳排放流計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了碳排放流從發(fā)電側(cè)到用電側(cè)的實(shí)時(shí)追蹤，創(chuàng)新地提出了基于分布式儲(chǔ)能的“虛擬儲(chǔ)碳”概念，并構(gòu)建面向與用能互聯(lián)網(wǎng)的碳電耦合交易機(jī)制及優(yōu)化策略，在需求側(cè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的協(xié)同與融合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、用戶、環(huán)境的多方共贏。

上述理論研究成果由我校聯(lián)合清華大學(xué)、牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、布魯內(nèi)爾大學(xué)、華威大學(xué)等國(guó)內(nèi)外知名高校共同研究完成，發(fā)表在IEEE Transactions on Sustainable Energy、IEEE Transactions on Smart Grid、IEEE Transactions on Industrial Informatics、Applied Energy等能源電氣領(lǐng)域頂尖期刊上。合作作者包括歐洲科學(xué)院王子棟院士等國(guó)際知名專家。該成果為我國(guó)構(gòu)建新一代能源體系提供了科學(xué)參考和技術(shù)支撐。

代表成果：

Haochen Hua, Zhaoming Qin, Yuchao Qin, Nanqing Dong, Maojiao Ye, Zidong Wang, Xingying Chen, and Junwei Cao, “Data-driven dynamical control for bottom-up energy Internet system,” IEEE Transactions on Sustainable Energy, DOI: 10.1109/TSTE.2021.3110294, preprint.

Zhaoming Qin, Di Liu, Haochen Hua, and Junwei Cao, “Privacy preserving load control of residential microgrid via deep reinforcement learning,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 12, no. 5, pp. 4079-4089, Sept. 2021.

Haochen Hua, Zhiqian Wei, Yuchao Qin, Tonghe Wang, Liuying Li, and Junwei Cao, “A review of distributed control and optimization in energy Internet: From traditional methods to artificial intelligence-based methods,” IET Cyber-Physical Systems: Theory & Applications, vol. 6, no. 2, pp. 63-79, 2021.

Haochen Hua, Yuchao Qin, Chuantong Hao, and Junwei Cao, “Optimal energy management strategies for energy Internet via deep reinforcement learning approach,” Applied Energy, vol. 239, pp. 598-609, Apr. 2019

Haochen Hua, Yuchao Qin, Chuantong Hao, and Junwei Cao, “Stochastic optimal control for energy Internet: A bottom-up energy management approach,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 15, no. 3, pp. 1788-1797, Mar. 2019.

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我校建設(shè)L型風(fēng)浪流港池系統(tǒng)

目前，位于江寧校區(qū)牛首山科技園水流試驗(yàn)廳的L型風(fēng)浪流港池系統(tǒng)已進(jìn)入施工階段。

L型風(fēng)浪流港池系統(tǒng)具有同時(shí)造風(fēng)、造浪、造流功能，系統(tǒng)包括港池、造波系統(tǒng)、造流系統(tǒng)、造風(fēng)系統(tǒng)等主要部分。港池長(zhǎng)84m、寬70m、深1.5m，中部布置長(zhǎng)5m、寬5m、下沉2m的局部深井；L型造波系統(tǒng)的造波機(jī)總長(zhǎng)120m，可模擬規(guī)則波、常用頻譜以及自定義頻譜的不規(guī)則波、斜向波、孤立波及聚焦波等，且具有主動(dòng)式二次反射吸收功能，吸收率大于80%；生成的規(guī)則波最大波高可達(dá)0.5m，不規(guī)則最大有效波高為0.25m，周期范圍為0.5s~5s；造流系統(tǒng)采用池底循環(huán)雙向造流型式，可形成在0.5m水深工況下的最大流速為0.2m/s；造風(fēng)系統(tǒng)采用44臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)陣結(jié)構(gòu)，可生成試驗(yàn)區(qū)域3m以內(nèi)10.0m/s的風(fēng)場(chǎng)，能準(zhǔn)確模擬自然定常與非定常風(fēng)譜以及人造風(fēng)譜。

L型風(fēng)浪流港池系統(tǒng)是我校水利工程一流學(xué)科建設(shè)的重要科研平臺(tái)之一，共分三期建設(shè)，總投資約6900萬(wàn)元，第一期建設(shè)計(jì)劃于2022年3月竣工，竣工后可開展單邊波浪作用下的相關(guān)物理模型實(shí)驗(yàn)研究。該系統(tǒng)將立足于水利工程一流學(xué)科，重點(diǎn)服務(wù)于國(guó)內(nèi)外離岸深水港口、跨海通道、島礁開發(fā)與保護(hù)、海岸災(zāi)害與防護(hù)等領(lǐng)域的科研需求，兼顧水工結(jié)構(gòu)工程、近海裝備研發(fā)、能源與動(dòng)力工程等水下試驗(yàn)需求，打造成為國(guó)內(nèi)頂尖、國(guó)際領(lǐng)先的水工程物理模型綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，成為探索國(guó)際水科學(xué)前沿和解決我國(guó)水安全重大科技問(wèn)題的核心研發(fā)平臺(tái)。

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