推TA上头条 | 求解力学的最优算法，他是刘铭！
发布者：学生处发布时间：2024-12-02浏览次数：10
“我们生活中观察到的大部分物理力学现象，其背后都有一套完整的自然逻辑，力学便是用数学公式描述物理力学现象并去验证其普适性的一门学科。”在刘铭看来，力学的世界有着独特的魅力。“力学专业的学习，不仅让我获得了深度思考的能力、科学的思维方式和敢于探索未知的勇气，让我更加深刻地领悟到了什么是透过现象看本质。”
“学习是一种状态，当你沉浸于这种状态，你就会爱上学习。”注重专业知识学习的刘铭，常常是前几个到达教研室的，“我习惯每天早上醒来就到教研室，看看文献、推推公式、写写代码，形成一套自己的学习节奏，设定短期的小目标并向着这个方向前行。”学习效率提升的同时，刘铭的逻辑思考与编程能力也大大增强，也逐渐形成了“谋定而后动”的思维习惯——先思考其所涵盖的底层逻辑，得到力学现象背后的控制方程，再对方程进行梳理推导，最后通过编程计算去验证正确性。
“强降雨是诱发高速公路边坡滑坡的重要因素之一，发生滑坡后，泥土从坡顶落至行车道上，会道路通行安全带来非常不利的影响。”刘铭目前的研究方向主要集中在岩土工程数值计算及其仿真算法，“边坡研究属于土力学范畴，如果能够分析出降雨量、降雨时间和岩土灾害之间的关联，提前防范，就能大幅减少事故的发生。”为此，他努力将所学知识应用于实际问题中，致力于开发新方法解决岩土工程中的水-土耦合、流-固耦合问题。“水-土耦合和流-固耦合过程在自然边坡中随处可见。水土耦合简单来说就是土体在水的作用下发生的各类变形行为，以及水在土体变形过程中所伴随的流场变化，涉及到流场和土体的耦合计算，其本质上属于多个物理场的耦合行为，关键点在于理清流体和土体之间的相互作用的机理关系。通过算法建模，可以分析极端气候如强降雨对边坡土体的影响，并最终评估可能造成的损害程度及范围。”刘铭由浅入深地讲解着，希望能够通过自己的研究提出更优化的数值算法，为水利岩土领域提供求解复杂力学问题的新思路。
从文献中寻找解题方法和思路，通过编程实现到自己的程序里，再进行大量的数值算例分析证明，这是刘铭日常生活中的常态。“做一件小事很简单，但能长期坚持去做却不简单。当把量变积累到一定程度时，最终就会引发质变。”
算法数据出错、研究思路偏离、论文写作遇到瓶颈，刘铭也曾遇到棘手的难题。“这句表述怎样才能写得更准确、不会引起歧义，导师可以说是手把手地教会我，如何将研究成果和创新点更科学严谨地呈现出来。”从反复改图到不断优化更迭算法，从规整论文语言到精化工程建模，刘铭陆续在《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》《Acta Geotechnica》等国际顶尖期刊上发表了数篇学术论文。
基于变形梯度的沙漏控制算法中稳定系数与临界时间步长的关系
“印象最深刻的是，我们提出了一个数值方法的稳定计算公式，其中包含了一个稳定系数，为了解答审稿人针对如何确定最优的稳定系数提出的意见要求，我们进行了两个多月的细致探究，最终通过系数与临界计算时间步长的关系，综合稳定的目的和计算效率，确定了这个系数的建议取值。”这篇文章最终发表在《Computers and Geotechnics》上，文中提出了一种基于变形梯度的沙漏控制算法，用于解决光滑粒子有限元在动力学分析中的秩亏不稳定性，最终计算结果表明该方法可在动力学分析中提供稳定的数值求解，且相比已有的基于应变梯度的稳定节点积分算法具有更高的计算效率。这次经历也令刘铭更加领悟到科研需要始终秉持严谨踏实的态度，沉下心来，坚持不懈地追求真理。
“光滑粒子有限元法结合了粒子有限元解决大变形问题的优势和光滑有限元应力求解精度高、无体积锁定的优势，目前主要应用在岩土工程大变形分析如滑坡、桩基贯入、隧道垮塌，以及岩土材料本构研究领域，比如土体三轴剪切试验的仿真模拟，土体固结试验仿真模拟。”在第五届江苏湖北浙江三省力学学术会议上，刘铭分享了他对光滑粒子有限元方法应用方面的思考，渴望未来能够在岩土工程数值计算及其仿真算法研究中取得更多突破，并将研究成果推广应用到更广泛的领域。作为国家篮球二级裁判员，刘铭还曾在“河海杯”篮球院际赛中担任裁判员。“执裁过程中最重要的是要在高压情况下保持理性和客观，清晰地分析每一个判罚。”当篮球比赛进展激烈时，面对随时可能产生的突发情况和关键时刻，裁判需要始终保持对球场情况的专注度和敏锐度。科研也是如此，面对多项目、多线程工作的同时推进，唯有保持良好的心态，才能将每一件事做好。“因为这对我来说，更是心中热爱的支撑。”闲暇之余，刘铭作为学院2021级博士研究生班班长，经常组织同学们组队参加羽毛球比赛等活动，日常他还借助棋牌类益智活动开发脑力。“运动和棋牌都只是一种途径，重要的是在对弈的过程中去了解对手、读懂对手，才能最大程度提升自身的逻辑思维能力。”刘铭从兴趣爱好中不断汲取成长的营养，有条不紊地在熟悉的节奏中学习和生活，最终通过努力与坚持成就了自我。
“就像电影拍摄需要讲好故事，科研也是一件富于创造性的事情，我们都要用行动努力讲好属于自己的科研故事。”心中总有一股韧劲的刘铭，将继续向着未知的前方，写下自己的灿灿新章！
