天津大学陈念众教授：潜心科研创新护航海洋工程

上下五千年 · 发表于每日资讯 2023-10-10 11:10:29

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21世纪，人类进入了大规模开发利用海洋的时期，海洋在国家经济发展格局和对外开放中的作用愈加重要。自2005年我国开始研究大规模的深水油气开发技术与装备，经多年发展，已取得明显的进步。近年来，我国加快向海洋进军的步伐，海洋工程的超级装备相继投入使用，目前已形成从勘探到开发、从深水到超深水，具备全方位作业能力的深水舰队。为了更好地开发海洋油气资源，海洋工程结构物进行了一代又一代的发展，目前的海洋工程结构物的发展趋势主要集中于更加高效、快速、经济地获得海洋油气资源，同时在结构、安全等方面获得重大改进。
天津大学建筑工程学院船舶与海洋装备智能设计及工程管理系陈念众教授，长期致力于海洋结构物结构完整性及可靠性研究，包括FPSO、海上风机、半潜式平台、商业船舶等，领域涉及结构设计、结构极限承载能力预测、疲劳断裂分析、腐蚀疲劳机理研究、结构完整性评估、结构可靠性分析、风险评估及结构数字孪生等方面。他多年耕海探洋、踏浪前行，取得了一系列创新性的科研成果，受到了业界的高度肯定和广泛赞誉，为我国海洋工程结构的发展做出了突出贡献。
胸怀凌云志科研攀高峰
陈念众出生于浙江温州苍南县，温州人善经商，辈出商贾之才，幼年的陈念众却立下了似乎是一股“清流”的梦想——想要当一名从事科研的科学家，不管别人怎么看怎么说，这一点自始至终没有改变。
1993年，陈念众考入武汉理工大学船舶工程专业，本科毕业后，他又于1997年考入本校结构工程攻读硕士学位。为了实现他的梦想，他在求学的道路上砥砺前行。2000年，他考进上海交通大学攻读工程力学博士学位。
山不辞土，故能成其高；海不辞水，故能成其深。当时的陈念众已经完成了本科到博士的学业，为了学习国外的先进技术，2004年至2006年，他又前往葡萄牙里斯本大学高等理工学院留学深造，并获得了船舶与海洋工程博士学位。此后，从2006年至2018年，陈念众先后到香港理工大学、加拿大纽芬兰纪念大学、美国船级社（ABS）、英国纽卡斯尔大学从事科研工作。
在国外科研期间，陈念众用出色的工作，赢得了国际同行的认可。他作为总负责人曾主持过二十余项国际学术界及工业界科研开发项目，合作公司包括美孚石油（ExxonMobil）、英国石油（BP）、美国通用石油（GE）、挪威船级社（DNVGL）等。
船舶与海洋工程领域与其他专业领域有个很大的区别是海洋结构物时刻受到随机波浪载荷的作用，所以如何合理地处理结构受到的疲劳载荷谱是疲劳和断裂分析的关键。然而在海洋工程中，一直缺乏对结构疲劳性能安全评估的标准，陈念众在美国船级社工作期间敏锐地发现了这个关键点，他经过大量的实验和数值模拟，成功地提出了船舶与海洋平台的疲劳载荷模型，结合S－N曲线、Miner法则、弹塑性力学、Neuber法则、断裂力学，系统性地提出船舶与海洋平台高周／低周、频域／时域疲劳分析方法及基于断裂力学的疲劳分析方法。目前它们已经被写入了美国船级社规范Fatigue assessment of offshore structures（海工结构疲劳评估）。陈念众提出的这些方法是其在美国船级社工作7年最主要的科研成果之一。
21世纪初，全球在复合材料船体极限承载能力预测及可靠性评估方面的研究几乎空白。陈念众开创性提出复合材料船体极限承载能力预测及可靠性评估方法，成为第一个基于可靠性评估复合材料船体极限承载能力的学者，填补了国内外这一领域的研究空白，他还开创性提出复合材料层合结构谱随机有限元分析方法，解决了复合材料层合结构由于材料性质空间分布随机性引起的随机域分析科研难题。
陈念众还系统性提出浮式生产储卸油装置（FPSO）结构可靠性评估方法，并基于此提出了FPSO船体梁时变极限承载能力预测方法，该方法已被美国船级社所采纳，并写入了美国船级社规范Life Extension Methodology for Floating Production Installations（海工浮式生产装置生命延长方法），目前已在海洋工程全世界范围得到广泛应用，产生了巨大的经济和社会效益。该研究成果由本专业顶级学术组织“国际船舶与海洋结构专业委员会（ISSC）”在2015年度作为船舶和海工结构物的准静态响应研究的代表性进展向国际海洋工程同行大篇幅推介。
这些具有里程碑意义的创新科研成果，不仅为海洋工程结构完整性评估提供了新的思路和方法，更推动了海洋工程结构物环境断裂领域的研究进程。陈念众也因此在多个国际行业组织中担任要职，曾任国际船舶与海洋结构专业委员会委员（ISSC），美国及国际工业界联合开发（JIP）和工业界联合发展（JDP）项目委员会委员，美国船舶结构委员会（SSC）项目委员会委员，国际海洋结构大会组委会委员（MARSTRUT），地中海地区国际海事大会组委会委员（IMAM）等，大大拓展了他在国际上的科研影响力。
创新促发展科技筑强国
这一路走来，多国学习研究的经验、不同文化的熏陶、前沿技术的领略，让陈念众的眼界更开阔、思维更加多元、胸怀更包容，无论是船舶与海洋工程领域最前沿的知识，还是工程实践中解决实际问题的能力，他都一一了然于心，为他回国后的科研工作顺利展开打下了坚实的基础。
在外漂泊近20年，陈念众无时无刻不心念祖国，当研究有所成时，他为了用自己的科研力量为祖国建设做贡献，推动国内行业发展，毅然选择回国。陈念众作为国家高层次创新人才长期项目（海外）入选者在天津大学建筑工程学院开展工作，组建了属于自己的团队，围绕船舶与海洋工程结构数字孪生方向，开展腐蚀疲劳、深海采矿装备、海上风机、水下生产系统、结构健康监测等研究，取得了极大进展，成为天津市创新类领军人才。
陈念众带领团队围绕腐蚀疲劳机理研究、结构疲劳断裂分析、结构数字孪生等领域取得了一系列创新成果：在腐蚀疲劳方面，明晰了腐蚀疲劳的发生原理，成功开发了氢脆影响下疲劳裂纹的扩展模型并应用于API级别碳钢管线材料，针对遭受腐蚀疲劳的管线结构完整性评估提出了新的标准与评估方法；基于内聚力理论，创新性地引入累积内聚长度退化模型，建立了海底管线钢氢致疲劳裂纹扩展预测内聚力模型。在疲劳断裂分析方面，基于线弹性／弹塑性断裂力学以及S－N曲线方法，提出了适用于系泊缆平面外弯曲及扭转下的疲劳分析模型，研究了立管结构在严重段塞流作用下的涡激振动问题，开发了适用于深海管线疲劳裂纹萌生和扩展寿命预测的内聚力模型。研究成果推动了海洋工程结构完整性评估领域的进步。在结构数字孪生方面，构建了一种基于图神经网络（GNN）的快速计算方法，将有限元法（FEM）中的网格嵌入到非欧几里得空间的图结构（Graph），克服了本征正交分解方法（POD）和贪婪算法（GA）只能在相同几何形状和网格上进行预测的局限。该方法不仅能够实现准确的预测，还能够以实时的方式呈现预测结果，突破了结构数字孪生大数据运算实时性要求的技术瓶颈。
谈及未来的规划，陈念众将围绕船舶与海洋工程结构数字孪生这一大方向，在海底管线腐蚀疲劳、结构有限元加速算法、深海采矿装备等多个船舶与海洋工程研究领域展开更进一步的研究。
首先，在海底管线腐蚀疲劳方面，他将结合目前在海底管线钢氢致疲劳裂纹扩展预测内聚力模型方面研究成果，重点突破海底管线钢的腐蚀疲劳预测模型的研究，并开展相关的材料试验，为海底管线结构完整性评估体系奠定坚实基础。
其次，在结构有限元加速算法方面，他计划将重点眼于如何在工业范围内实现其大规模应用，进一步探索更加高效的算法和技术，以实现对大范围工程结构的快速预测和分析。不仅包括优化现有的计算方法，还将考虑结合分布式计算和并行处理等先进技术，以满足工业化应用对计算效率和准确性的双重需求。
最后，在深海采矿装备方面，他计划开展千米级超深水采矿立管提升系统的研发，重点研究深海矿物混输过程中，受固液两相流的流动状态、复杂海洋环境特性耦合影响下，结构力学响应和疲劳特性，并据此设计提升系统结构形式和输送参数，保障深海矿石混合输送过程的安全和高效。
“九层之台起于累土，千里之行始于足下”，陈念众将发挥专业能力和丰富经验，带领团队密切合作，对船舶与海洋工程领域关键科学问题进行全面分析和评估，并结合国际先进的研究成果，确定适用于开展下一步科研的技术和措施。
“海兴则国强民富，海衰则国弱民穷”，陈念众的科研征途是航向星辰大海，立足新时代的科研需求，开拓创新、转化应用。引领我国海洋工程结构发展走向科技前沿，让中国的深海装备超越西方国家，助力国家打造船海领域“国之重器”，实践助力建设海洋强国的科研使命。

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（陈念众教授与其导师卡洛斯．格德斯．苏亚雷斯院士）

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（陈念众教授与其纽卡斯尔大学同事及研究生）

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信息来源：中国网；中国日报中文网。
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