实验室教师“工程力学”团队全面贯彻党的教育方针，坚持立德树人，倾心教书育人；敢为人先，开拓创新，甘于奉献，团结协作，在人才培养、科学研究、社会服务等方面取得显著成果，形成了一支结构合理、规划清晰、战斗力强、学术造诣深的高水平团队，2017年入选首批“全国高校黄大年式教师团队”。

• 研究生培养

实验室共有4篇研究生学位论文被评为“全国优秀博士学位论文”，4篇获“全国优秀博士学位论文”提名；8篇学位论文被评为学科全国优秀博士学位论文、学会优秀博士学位。

2020年，实验室在读硕士研究生454人、博士研究生245人，在站博士后33人；毕业硕士研究生157人、博士研究生48人，离站博士后10人；招收硕士研究生175人、博士研究生80人，进站博士后17人。

• 获奖概况

2020年度实验室研究生学位论文获奖一览表

多柔体系统是由柔性构件和运动副组成的机械系统，其典型的代表包括柔性机械臂、直升机旋翼、卫星的可展开天线、太阳帆航天器等。近年来，随着航天科技的发展，可在轨展开的空间结构中出现越来越多的时变长度柔性构件，例如时变长度的绳索、薄板、薄壳、薄膜以及三维柔性实体。因此，含时变长度柔性构件的多柔体系统动力学问题日益突出，不仅涉及到这类系统的动力学建模与计算，还涉及其动力学设计。论文基于绝对节点坐标建模方法（Absolute  Nodal Coordinate Formulation，ANCF），研究含时变长度柔性构件的多柔体系统动力学建模、动力学响应和动力学特性优化设计问题，主要研究内容和学术贡献如下：

1．提出多柔体系统动力学响应强耦合优化模型和弱耦合优化模型。在强耦合优化模型中，将多柔体系统动力学方程整合到优化方程中，给出了多柔体系统动力学方程的求解方法，推导了强耦合优化模型的灵敏度计算公式以及优化方程的求解过程。在弱耦合优化模型中，提出了基于绝对节点坐标描述的多柔体系统中柔性构件等效静载荷定义和分析方法，采用等效静载荷方法将多柔体系统动力学响应优化设计问题转化为柔性构件的静力学响应优化设计问题，并交替完成多柔体系统动力学分析与静力学响应优化设计。

2．提出基于水平集方法的二维多柔体系统结构拓扑优化模型，基于移动可变形组件方法的三维多柔体系统结构拓扑优化模型。针对给定材料，可优化柔性构件中的材料分布，使其动态柔顺度（或应变能）最小。在二维多柔体系统结构拓扑优化模型中，采用水平集方法隐式地描述柔性构件的拓扑结构，并根据半隐式的加性分裂算子差分格式求解水平集方程；在三维多柔体系统结构拓扑优化模型中，为了克服传统密度法或水平集方法对于三维问题求解效率低的问题，采用移动可变形组件方法显式地描述柔性构件的拓扑结构。

3．研究基于任意拉格朗日–欧拉（Arbitrary Lagrangian–Eulerian，ALE）描述的含时变长度柔性构件的多柔体系统动力学建模方法。推导了ALE–ANCF时变长度缩减梁单元和ALE–ANCF时变长度薄板单元，发展了ALE–ANCF时变长度三维实体单元，给出了这些时变长度单元的非线性弹性力、附加惯性力及其雅克比的计算公式。在求解系统动力学方程时，为了避免时变长度柔性构件的边界单元长度过长或者过短，提出了在边界单元长度变化过程中适时插入节点或删除节点的解决方案。

4．基于任意拉格朗日–欧拉描述的绝对节点坐标建模方法，研究含时变长度柔性构件的多柔体系统结构拓扑优化设计，提出了基于移动可变形组件方法的二维和三维多柔体系统结构拓扑优化模型。在二维时变长度多柔体系统结构拓扑优化模型中，通过引入虚拟设计域的概念，提出了时变长度柔性构件的等效静载荷定义和分析方法。在三维时变长度多柔体系统结构拓扑优化模型中，提出了一种显式且高效的三维（渐变）周期结构拓扑优化设计方法，既可将三维时变长度柔性构件设计为非周期结构，也可将其设计为周期结构，包括渐变周期结构。

5．针对多柔体系统动力学特性优化设计问题，基于移动可变形组件方法提出两种频率拓扑优化模型，一是最大化多柔体系统中柔性构件的第一阶共振频率，二是最大化多柔体系统中柔性构件任意相邻两阶共振频率的间隙。为了避免旋转矩形薄板在不同转速下的局部模态问题，提出了低密度区域中薄板单元质量矩阵和刚度矩阵的惩罚函数。此外，为了解决优化过程中可能出现的模态交换和重频等问题，在移动可变形组件的框架下，推导了单重特征值和多重特征值的灵敏度计算公式。

• 本科生培养

实验室设有工程力学专业“钱伟长班”：将基础力学理论与实验实践教学紧密结合，本硕贯通培养，形成了特色鲜明的精英化培养模式。“钱伟长班”现任首席导师是浙江大学朱位秋院士，兰州大学周又和教授为“钱伟长讲座教授”。“钱伟长班”同学在学科知识类竞赛中优异成绩，该班绝大部分毕业生进入国内外知名高校进行深造。

工程力学专业学生获第十六届国际大学生力学竞赛奖证书（2020.04.21）

2020年4月21日，由白俄罗斯国立交通大学主办的第十六届国际大学生力学竞赛在线上举行（原定白俄罗斯，由于疫情改为线上）。来自俄罗斯、白俄罗斯、波兰、乌克兰、土库曼斯坦、中国等国家的知名大学（包括有圣彼得堡大学、莫斯科国立鲍曼工程学院、莫斯科物理技术学院、白俄罗斯国立大学、清华大学、同济大学、东南大学、西北工业大学等著名高校）参加了本次竞赛。工程力学专业学生王逖清、仲玺霖、宋凯辰和飞行器设计与工程专业学生张煜宸组成代表队，最终获得个人赛一等奖（最高奖）2项，二等奖2项的好成绩。

实验室积极参加航空学院组织的“工程力学钱伟长班”培养活动。对于培优班拔尖人才的培养，实验室坚持通过雄厚的师资力量和丰富的科研资源，以及个性化、特色化的教育为培优班的莘莘学子提供全方面发展的支持。2020年9月13日，郭万林院士受邀做题为《智能介质力学》的报告。何欢教授系统地介绍了我校工程力学专业优势和“钱伟长班”总体情况。

郭万林院士应邀2020级工程力学专业“钱伟长班”选拔宣讲会（2020.09.13）

何欢教授介绍工程力学专业“钱伟长班”情况（2020.09.13）

郭院士简述了力学问题由宏观尺度到纳米尺度后，时间、尺寸、能量以及局部物质场与外场之间的相互作用的改变规律。宏观层面讲述了他在三维损伤容限研究方面的开创性研究和实际应用。微观层面深入探讨了纳米技术在面向飞行器安全和智能化的应用。郭万林院士还介绍了水伏发电的概念、作为可再生能源的应用前景及其团队在这一领域的研究进展，形象地展示了纳米技术在新能源领域的创新和突破。

郭万林院士回答同学提问（2020.09.13）

新生针对郭院士的报告提问，郭院士耐心且幽默回答了同学提出的问题，鼓励同学们夯实理论基础，同时积极参加各类课外创新研究活动以及竞赛，做到知行合一，珍惜时光，不断的丰富充实自己。也希望同学能够勇于挑战自己，在大学里塑造一个更好的自己，得到同学们的阵阵掌声。

周又和教授做主题报告（2020.09.28）

2020年9月28日，钱伟长讲座教授、兰州大学周又和教授为“钱伟长班”学生做了题为“求解非线性问题的小波封闭方法及其应用进展”的学术报告。周又和教授首先介绍了目前非线性微分方程的研究背景及挑战性问题，再从离散小波的数学基础入手，引出了非线性边值问题的小波封闭解法，以及该方法在求解流体力学N-S方程上的应用，之后通过典型算例展示了小波方法适用范围广、计算效率高的优点，最后对小波方法的发展进行了总结和展望。报告内容丰富、精彩生动，对学生从事科研工作具有很好借鉴作用。同时，周又和教授还结合自己多年的研究经历，与现场听众分享了如何进行科技创新研究的心得和体会。

 “问道茶座”作为“钱伟长班”的特色活动，自2013年以来连续举办，多名院士学者参与其中，与同学们分享学术智慧和人生经验，让同学们在轻松愉快的氛围中学到了知识、开阔了视野、坚定了“航空报国”的理想情怀。2020年12月2日，胡海岩院士为第27期“问道茶座”嘉宾，他以“为学患无疑，疑则有进”为主题进行了分享交流。

胡海岩院士和师生合影（2020.12.02）

活动在同学们的问题中开始，大家踊跃提问，思维活跃，胡海岩就大家提出的“伽利略钟摆定理的发现是偶然还是知识积累的必然？”“面对似是而非的问题该如何解决？”“动力学未来的发展？”等问题进行了耐心细致的解答，赢得了同学们的阵阵掌声。

在名师释道环节，胡海岩借用希尔伯特提出的23个数学难题的例子向同学们阐释了提出问题的重要性，强调了只有找准问题，才能找对努力的方向。随后，胡海岩分享了提出问题的两个方面：在课堂学习中，要带有批判性的思维，书中有很多问题等待发现；从事工程研究时，要学会更多地基于实验观察出发，从实践过程中发现问题并勇于求证。

胡海岩院士回答同学问题（2020.12.02）

在素锦存道环节，胡海岩给同学们推荐了《异类》这本书，并从书中的一万个小时法则出发，告诫同学们“人们眼中的天才之所以卓越非凡，并非天资超人一等，而是付出了持续不断的努力”，勉励同学们打好理论知识的基本功，扩宽自我的知识面，从提问解惑中求知成长。

2020年，实验室研究人员开设本科生课程74门，研究生课程78门。