程耿东院士：离散变量结构拓扑优化方法新进展及孔洞数的计算与控制
在江苏省无锡市，科技盛宴如火如荼，第二届中国仿真技术产业高峰论坛于9月17日至18日盛大召开。中国科学院程耿东院士以一场主题为“离散变量结构拓扑优化方法新进展及孔洞数的计算与控制”的精彩报告，引领与会者探索工程设计的前沿领域。
程院士首先深入浅出地阐述了结构优化的核心理念，即在多重目标和约束下，寻求最佳结构形态。他以大连理工大学五十年的深厚底蕴为背景，强调了学校在这一领域的持续积累和传承。在自主计算力学软件领域，程院士自豪地提及了工程与科学计算软件平台SiPESC、MeshGene和航空航天轻量化设计软件DESK等创新成果，其中郭旭教授领军的DLUTopt更是独树一帜。这款软件凭借大连理工的创新技术，如移动可变形组件和离散变量优化，成功应用于航天科技、中航工业和中电集团等重要领域的装备设计，甚至“祝融号”火星车、“天和一号”空间站和新一代载人飞船等国家重大工程中。
报告的核心议题聚焦在结构拓扑优化与像素点的拓扑优化上。程院士指出，拓扑优化是寻找在指定载荷和边界条件下材料分布的最优策略，通过像素点的0或1编码，将几何问题转化为材料密度的分布问题。然而，人工密度方法的局限性在于中间密度的困扰，如何解决这一“灰度难题”成为了拓扑优化领域的关键挑战。
程院士的课题组在解决这一难题上取得了突破，他们提出了一种基于序列近似整数规划的离散变量拓扑优化方法。这种方法摒弃了连续化策略，直接应对大规模0-1变量的复杂问题，与传统方法相比，计算效率提升显著，兼容性更广。无论是面对具有千万自由度的三维优化，还是带有上千个局部约束的问题，新方法都展现出无可比拟的优越性。
在孔洞数的计算与控制方面，程院士的团队开创性地提出了结构拓扑性质的新度量指标，解决了复杂结构拓扑不变量的可计算难题，将拓扑学与结构优化紧密相连。他们通过编程计算的Euler-Poincaré定理，简化了传统拓扑分析的繁琐过程，实现了对复杂结构拓扑的直接控制，这是对传统方法的重大革新。
程耿东院士强调，国产自主可控的CAE软件对于建设制造强国至关重要，他倡导从国家重大专项项目、产学研合作、与头部软件公司合作、开源软件平台和产业化推动等多角度着手，推动我国软件技术的发展。他表达了大连理工大学对国产CAE软件发展的热情支持，呼吁各方共同参与，为我国科技发展贡献力量，并预祝论坛圆满成功。
程院士的报告犹如一道科技光芒，照亮了结构优化领域的未来，展现了中国科研力量在这一前沿领域的卓越贡献和创新精神。
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