文桂林教授科研团队，为“多物理场设计与特种智能装备团队”。

团队主要研究方向：特种装备振动、冲击与非线性动力学；特种车辆与特种装备智能控制技术；物理功能器件超结构设计与微纳制造；工程中多物理场机理与多学科设计。团队在以上研究方向中都做出了显著创新型成果，曾受聘参与多项国家科研项目，所做工作获得高度认可。团队与多家企业进行合作，推进科技成果转化，带来显著的经济效益。

针对航空航天领域对超高吸能和高度轻量化吸能结构的设计需求，发展高效的多孔超材料抗撞性拓扑优化设计方法，从而设计出具有高效吸能与高度轻量化一体化性能的多孔超材料，为多孔超材料机械性能设计提供高效可靠的设计理论和方法。针对能量采集系统亟待解决的科学问题，提出“多稳态升频-运动放大”技术的小型化复合式VEH综合性能增强技术方开发及其复杂静动力学机理的揭示。探究复杂服役环境对新型VEH发电性能的影响机制及规律，为系统的规模化应用提供理论基础。

团队针对耐撞性不确定优化设计的高效稳健方法、轻质曲面点阵多孔结构的吸能特性及优化设计、轻质仿生层级多孔结构的吸能特性及优化设计等进行了深入研究，并提出非线性多稳态机械升频调制方法、基于多自由度非线性多稳态收集器阵列的高鲁棒性非线性扩频技术、一体化三重复合能量收集方法及其在人体运动能量收集中的应用，团队成员以第一作者身份发表多篇国际顶级期刊论文及多篇发明专利。其中部分研究项目获得国家自然科学基金面上项目资助。团队承担了我国“嫦娥三号”月球着陆器（图1a）和我国航天空间货运飞船（图1f）的着陆缓冲设计项目和我国某型航天器柔性电池阵（图2a）和某型太阳帆（图2k）的展开动力学设计项目，该工作获得中国航天五院、中国航天二院和中国航天八院的高度认可。

图1.航天货运飞船和月球着陆器着陆缓冲分析与设计：（a）“嫦娥三号”月球着陆器实物；（b）着陆器结构模型；（c）缓冲组件力学模型；（d）着陆器着陆缓冲模拟；（e）仿真与试验结果对比；（f）货运飞船实物；（g）飞船缓冲有限元力学模型；（h）材料拉伸试验；（k）飞船着陆缓冲模拟；（m）飞船着水缓冲模拟

图2 柔性电池阵和太阳帆展开动力学设计：（a）电池阵在轨状态；（b）柔性电池阵；（c）柔性电池阵收纳示意；（d）可失效柔性连接建模方法；（e）充气动力学过程；（f）收纳展开动力学仿真及试验；（g）电池阵横向展开模拟；（h）电池阵纵向展开模拟；（k）太阳帆在轨状态；（m）帆面展开过程模拟；（n）太阳帆整体展开过程模拟

针对新能源汽车动力传动系统全工况下扭振抑制的关键科学难题，探索机-电-网多物理场耦合作用下动力传动系统扭振主动衰减抑制的方法，开发面向实际应用的智能控制策略。针对复杂人机混行环境下的自动驾驶车辆实时高效行驶控制系统及其可实现性难题，研究“车-环境”深度耦合机理、冲突行为合作博弈决策机制以及多目标动态博弈方法，探索一套适合复杂人机混行环境的自动驾驶策略实时求解理论方法，相关研究成果将为自动驾驶车辆行驶系统的实车应用提供理论支撑。

团队针对新能源汽车动力传动系统动力学（图3）、智能车辆逆动力学理论与智能控制、车辆动力系统智能化方法与应用（图4）进行深入研究。团队成员发表SCI收录论著20余篇，发明专利20余项,国际PCT发明专利1项，主持我国省部级基金1项,日本政府基金1项，省部级基金2项。

图3 电动汽车用无动力中断多速变速器开发

图4 智能网联车辆控制平台与动力系统智能控制策略

构建超表面/超结构的多物理场耦合模型，提出微纳尺度下的复杂约束和高性能指标协同数字化设计理论与方法，突破高端光电子器件结构极小尺度多物理场分析难题。发展高性能超表面/超结构微纳刻蚀加工新工艺，构建强化研磨相结合的“超构微纳制造”组合加工模式，开发高性能超聚焦、超透射镜头元件，实现超高分辨率、无色差、大景深的稳定成像器件以突破制约我国高端光电子器件结构设计与制造难题。

团队在微结构领域，从宏/介/微尺度揭示机电液耦合机制和尺度效应，实现流变力学与微结构演化实时同步测量；在精密制造领域，提出了可控强化微纳研磨新工艺；在微纳制造方面，针对卡脖子的高端光电子器件，探索了超透射超聚焦光学器件的超表面超结构超微制造新技术（图5），并应用于多种研究中。

图5 不同微纳加工工艺制备的微纳结构结果

研究高端装备服役过程中与多环境场相互作用，构筑跨尺度、多物理场耦合模型，阐明力、电磁、声、热等多场影响高端装备研发的物理机制。深入探索高端装备研发中的尺度效应、大规模计算和“材料-结构-性能”设计框架。提出多学科优化中建模效率、优化效率和优化质量评定准则，量化不同高端装备评定准则，并建立数据库，发展建模效率、优化效率和优化质量协同的高效和保精度多学科优化设计方法，突破涉及多场耦合、多学科的高端装备最优性能优化设计难题。

团队开发了在超表面太赫兹波结构设计和调控方面进行了卓有成效的研究和大量的积累，已经发展了多种电磁波调控技术，并成功开发了高品质因子的太赫兹波超表面结构，研究了寡聚体（图6A）、超表面太赫兹波调控结构（图6B）、锯齿形蝴蝶结结构（图6C）和蝶状超表面太赫兹孔结构（图6D）在电磁波调控和折射率传感器件中的应用。

图6 不同超表面微纳结构在电磁波调控和折射率传感器件中的应用

针对可穿戴式电子器件的能量供应需求，发展摩擦电、压电基智能发电纺织品，实现高性能发电织物的可控制备，实现风能、声能、人体动能等多元能量的俘获。构建纤维结构、织物结构调控织物基摩擦电器件性能理论，通过纱线结构和织物结构优化方案提升摩擦电传感器件性能，制备兼具宽压力测试范围和高灵敏度的自供电织物传感器，为自供电织物在传感领域的应用提供解决方案。

图7 摩擦电纱线制备及应用

团队针对摩擦电纤维和织物的可控性制备、多元能量俘获和人体动作智能传感等进行了深入研究，创新性的设计了可实现大规模连续生产的摩擦电纱线（图7）。该种纱线可用作可穿戴式应变传感器和弯曲角度传感器，具有灵敏度高，无需额外供电等优势，解决了现阶段穿戴式传感器柔性差，生物相容性差等问题。通过将该种纱线编织成织物的方式，研发了可实现多种能量（声能，风能，人体动能）俘获的纺织品，为解决低功耗穿戴式电子设备的能量供应提供了新途径。团队成员发表SCI论文19篇，参与论著1项，发明专利1项。

针对前沿装备与器件的模态设计需求，发展结构动力学非线性优化设计方法，提出结构动力学拓扑优化设计框架，针对其中的非伴随敏度分析、非凸优化求解、非0-1分布等难题开展深入研究。通过结构动力学设计实现频率、振型和节线等模态特征的高自由度设计与操控，可应用于高精装备的减振降噪设计、微粒在平面复杂路径上的转运以及声场操控等领域。

团队开发了模态引导的连续体结构拓扑优化方法，针对非单调优化问题提出了改进的二分快速求解器方案（图8A），以及一系列的结构动力学优化策略，实现模态频率、相位（图8B）、幅值（图8C）以及克拉尼图形（图8D）的可操控性设计。后续研究将基于模态引导的拓扑优化设计方法，发展机械计算、平面微粒操控和声学超材料专用优化设计解决方案。

图8 结构动力学拓扑优化设计：A 不等式约束下的非单调优化求解器；B模态相位反转设计；C 模态引导的振动抑制多材料优化设计；D 克拉尼图形可操控性设计

1、招生方向

①博士生招生专业：

机械设计及理论(080203)、机械电子工程(080202)

②硕士生招生专业：

机械设计及理论(080203)、机械电子工程(080202)、机械(085501)

2、招生名额

①每年招收学术型博士研究生4-5名；专业型博士研究生1-2名。

②每年招收学术型硕士研究生20-25名，专业型硕士研究生15-20名。

1、专业方向

①特种装备与特种车辆设计（机械、车辆）；

②智能控制与机器人（控制工程、机电）；

③非线性动力学基础理论（力学）；

④结构CAE与优化（机械设计、力学）；

⑤多物理场与光电耦合动力学（光学）。

        2、本团队拟招聘青年教师，基本条件详见燕山大学及机械工程学院人才招聘要求

团队负责人：文桂林 glwen@ysu.edu.cn

团队秘书：田阳 tianyang-512@163.com