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河海大学青年学者在

粒子有限元法大变形数值模拟研究方面

取得新进展

岩土工程大变形问题（如滑坡、泥石流、静力触探试验、打桩等）是岩土工程理论和实践中一直以来的难点问题。近日，河海大学力学与材料学院袁维海副研究员以”Particle finite element method implementation for large deformation analysis using Abaqus”为题在岩土工程领域知名期刊Acta Geotechnica发表最新研究成果。该研究通过对Abaqus进行二次开发实现了粒子有限元法（PFEM）这一大变形数值分析手段，弥补了传统商业软件中大变形分析功能的不足，为岩土工程大变形分析提供了简易的计算工具，拓展了岩土工程大变形分析的新途径，有利于PFEM方法的推广应用。

图1 粒子有限元法（PFEM）计算流程

粒子有限元法将有限元网格中的节点视为自由粒子，根据分析步的位移增量更新粒子的位置，并通过周期性的计算域重新识别和网格重新剖分解决传统有限元法存在的网格扭曲问题，能有效的实现岩土大变形数值模拟。研究采用Abaqus的内置函数进行常规增量FEM分析，并使用mesh-to-mesh mapping方法实现场变量的映射，使用单个Python脚本就能实现PFEM数值模拟，显著减少了编码工作量，为PFEM在岩土工程中的推广应用奠定了基础。

图2 粒子有限元法（PFEM）在Abaqus中实现

研究通过分析弹性悬臂梁弯曲，刚性基础贯入试验、T-bar贯入试验以及海床-管线相互作用等问题，验证了该方法的准确性与稳定性。结果表明，研究所提出的Abaqus-PFEM方法能够很好解决岩土大变形及土-结构相互作用问题。

Abaqus-PFEM方法结合了PFEM处理大变形问题的能力及Abaqus软件强大的有限元求解和前后处理功能。该方法具有计算精度和计算效率高、应力结果光滑、处理接触非线性和材料非线性简洁等优点，为解决岩土工程大变形问题提供了新的思路和方法。

图3 弹性悬臂梁弯曲模拟结果

图4 刚性基础贯入模拟结果

图5 T-bar贯入模拟结果

图6 海床-管线相互作用模拟结果

该论文于2021年7月入选ESI高被引论文。论文研究工作由国家重点研发计划项目（项目编号：2017YFC1502603）和国家自然科学基金项目（项目编号：41807223）等提供经费支持。

论文链接：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.网址未加载/article/10.1007/s11440-020-01124-2

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我校举办“一带一路”水合作与

长江保护法学术论坛

暨中国水利学会水法研究专业委员会

2021年学术年会

10月31日，由河海大学、长江保护与绿色发展研究院、中国水利学会水法研究专业委员会主办的“一带一路”水合作与长江保护法学术论坛暨中国水利学会水法研究专业委员会2021年学术年会在我校举行。校党委常委、副校长张兵教授，江苏省水利厅党组成员、副厅长韩全林在开幕式上致辞。开幕式由校长助理、中国水利学会水法研究专业委员会主任委员邢鸿飞教授主持。

张兵对参加本次会议的各位领导和专家学者表示热烈的欢迎。他指出，学校紧紧抓住主动融入和服务长江经济带发展的重要机遇开展决策咨询研究，成立了江苏长江保护与高质量发展研究基地，将基地积极打造成为助力长江大保护和江苏长江经济带高质量发展的新型智库。

韩全林在致辞中充分肯定了江苏长江治理保护的显著成效，并指出要充分认识《长江保护法》出台的重大意义，在此基础上要进一步完善长江大保护制度体系，夯实长江大保护水利责任，推进长江大保护重点任务，并奋力开启江苏长江治理保护的新篇章。

主题报告阶段，水利部政法司原副司长、河海大学兼职教授王治，江苏省人民检察院副检察长陶国中，中国法学会行政法学研究会副会长、清华大学法学院余凌云教授，江苏省高级人民法院环境资源审判庭庭长刘建功、南京环境资源法庭庭长陈迎等10位专家围绕“《长江保护法》中的资源保护”“检察机关在长江大保护中的实践与思考”“非现场执法”等主题分别作报告。

本次学术论坛针对新时代水法治的重大理论和实践问题，提出了建设性的意见和建议，将促进水法研究者、实务工作者为新阶段水利高质量发展作出新的更大贡献。

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河海大学举办第四届国际青年学者云论坛

11月2日，河海大学举办第四届国际青年学者云论坛。学校常务副校长李俊杰出席开幕式并讲话，副校长许峰致辞，江苏省教育厅、江苏省专家和留学人员服务中心相关负责同志出席论坛。来自美国康奈尔大学、英国拉夫堡大学、德国柏林工业大学、新加坡国立大学、澳大利亚悉尼大学等近百所高校、研究所的青年学者与学校优秀青年教师代表300多人齐聚云端，交流研究成果、探讨发展方向。

李俊杰在开幕式讲话中说，近年来，学校秉持为党育人，为国育才的初心使命，坚持党对人才工作的全面领导，实施人才优先发展战略，推进人才体制机制改革，让各类人才成长有机会、干事有舞台、发展有空间。他希望，青年学者们加盟河海大学，深怀爱国之心，砥砺报国之志，在学校 “双一流”建设及内涵式高质量发展进程中，主动担负起时代赋予的使命责任，同筑“河海梦”，共谱新华章。

许峰介绍了河海大学的历史沿革、办学特色以及新形势下的人才培养战略举措。他说，学校将贯彻落实习近平总书记重要讲话精神，坚持党管人才工作原则，准确把握时代要求，加强对人才工作的顶层设计和战略规划，将新时代人才观落到人才工作全过程各环节，紧密结合学科建设需求，构建支撑高质量发展的人才工作机制和政策体系，为师资队伍建设提供坚强有力的政治和组织保证。

江苏省教育厅教师工作处以及江苏省专家和留学人员服务中心的相关负责人分别介绍了江苏省人才引进政策、高校高层次人才队伍建设及相关人才工程实施情况。他们表示，江苏省在社会主义现代化建设的新征程中，坚持高层次人才的引领性、支撑性作用，推进人才体制机制的改革创新，集聚了一批满足国家战略需求的领军人才。

主论坛上，学校党委教师工作部部长、人事处处长张雪刚全面介绍了学校有关人才及科技政策。二位海归学者围绕各自的研究领域做主题报告并谈了来校工作的体会。往届论坛参与者，新进教师代表分享了自己加入河海大学后的学术成果和感受，多位青年才俊代表分别做研究报告。

在论坛的互动交流环节，教务处、科技处、研究生院、人事处的负责同志就现场青年教师与线上海外学子所关心的学术研究、教学能力提升、社会服务、校内人才计划申报等问题做了交流和解答。主论坛后，各学院（学部）分别邀请相应学科的青年学者举行云端分论坛，进行学术研讨和人才交流等合作。本届论坛设有1个主论坛和18个分论坛，采取线上线下结合的方式。

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我校学者在用能互联网研究领域取得新进展

在“碳达峰、碳中和”目标指引下，我国电网正在向着智能化、绿色化发展，传统“自顶向下”的电网发输配变用模式正在面临一系列挑战。一方面，可再生能源的大量渗透导致电网供给侧灵活性下降明显，给电网的安全稳定运行带来威胁；另一方面，先进信息通信技术的发展使大量分布式需求侧资源能够参与电网调节，但其海量、分布式的特点给供需互动调节提出了新的要求。“自底向上”构建新一代能源体系是现实意义下能源可持续发展切实可行的道路。借鉴互联网机制，同传统电网“自顶向下”的树状结构相比，用能互联网的形成是能量自治单元之间的对等互联。如何基于数据驱动的方法，从系统控制的角度精准实现“自底向上”实时能量管控模式，在一定区域内承担分布式可再生能源的灵活接入、动态负荷的局部消纳、与用户互动的需求侧响应等功能，仍存在诸多科学难题和技术瓶颈。

图1 “自底向上”能源体系示意图

近期，我校能源与电气学院教师华昊辰面向用能互联网研究重大需求和科学问题，创新提出了“自底向上”的能源体系管理架构以及多时间尺度动态能量管理方案，通过“源-网-荷-储”时间和空间的互动与互补，实现高比例可再生能源电网的安全高效运行。

图2 深度强化学习算法网络结构

针对需求侧分布式电源以及可调节负荷的多元不确定性，引入随机微分方程，结合神经网络构建“知识-数据”联合驱动的预测模型，实现对可再生能源出力、分布式负荷需求以及可调节资源调节潜力的精准描述。在此基础上，以微电网为典型场景，综合考虑可再生能源出力、用户负荷需求等因素，提出了基于深度强化学习（DRL）的控制策略，解决海量分布式用户及设备模型参数难以逐一获取的问题。进一步针对协同优化过程中用户隐私保护问题，设计了基于DRL的协同学习网络，在用户隐私数据不出本地的前提下实现了微电网的协同优化，有效保护了用户隐私。此外，针对电力系统的碳排放因子固定非时变的现状，提出了面向需求侧的碳排放流计算方法，实现了碳排放流从发电侧到用电侧的实时追踪，创新地提出了基于分布式储能的“虚拟储碳”概念，并构建面向与用能互联网的碳电耦合交易机制及优化策略，在需求侧实现经济效益与环境效益的协同与融合，实现电网、用户、环境的多方共赢。

上述理论研究成果由我校联合清华大学、牛津大学、剑桥大学、布鲁内尔大学、华威大学等国内外知名高校共同研究完成，发表在IEEE Transactions on Sustainable Energy、IEEE Transactions on Smart Grid、IEEE Transactions on Industrial Informatics、Applied Energy等能源电气领域顶尖期刊上。合作作者包括欧洲科学院王子栋院士等国际知名专家。该成果为我国构建新一代能源体系提供了科学参考和技术支撑。

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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我校建设L型风浪流港池系统

目前，位于江宁校区牛首山科技园水流试验厅的L型风浪流港池系统已进入施工阶段。

L型风浪流港池系统具有同时造风、造浪、造流功能，系统包括港池、造波系统、造流系统、造风系统等主要部分。港池长84m、宽70m、深1.5m，中部布置长5m、宽5m、下沉2m的局部深井；L型造波系统的造波机总长120m，可模拟规则波、常用频谱以及自定义频谱的不规则波、斜向波、孤立波及聚焦波等，且具有主动式二次反射吸收功能，吸收率大于80%；生成的规则波最大波高可达0.5m，不规则最大有效波高为0.25m，周期范围为0.5s~5s；造流系统采用池底循环双向造流型式，可形成在0.5m水深工况下的最大流速为0.2m/s；造风系统采用44台风机的风阵结构，可生成试验区域3m以内10.0m/s的风场，能准确模拟自然定常与非定常风谱以及人造风谱。

L型风浪流港池系统是我校水利工程一流学科建设的重要科研平台之一，共分三期建设，总投资约6900万元，第一期建设计划于2022年3月竣工，竣工后可开展单边波浪作用下的相关物理模型实验研究。该系统将立足于水利工程一流学科，重点服务于国内外离岸深水港口、跨海通道、岛礁开发与保护、海岸灾害与防护等领域的科研需求，兼顾水工结构工程、近海装备研发、能源与动力工程等水下试验需求，打造成为国内顶尖、国际领先的水工程物理模型综合试验系统，成为探索国际水科学前沿和解决我国水安全重大科技问题的核心研发平台。

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