对话达索系统SIMULIA冠军成员龙凯：裁去千钧，独留风骨

SIMULIA冠军人物简介

龙凯华北电力大学新能源学院副教授

龙凯，华北电力大学新能源学院副教授，2022年达索系统SIMULIA冠军计划（SIMULIA Champion）成员。2007年博士毕业于北京理工大学，长期致力于结构拓扑优化理论方法及其在风电机组零部件轻量化中的工程应用。他先后承担多项国家级与省部级自然科学基金项目，发表学术论文百余篇，跻身中国知网高被引学者前1%。从早期的重卡底盘解析，到如今万吨级深远海风电巨兽的骨架重塑，他始终致力于让前沿的优化算法在真实的工业土壤中落地生根。

 

 

 

02导语

在仿真技术不断推动工业变革的今天，达索系统SIMULIA冠军计划始终致力于汇聚全球顶尖的仿真专家，共同探索技术边界，引领未来设计。而在宏大的重型装备与绿能工程中，这些身怀绝技的仿真专家，往往扮演着“寂静守门人”的角色。

 

在绿茵场上，守门员极少是聚光灯下的焦点。当锋线在狂飙突进，他们总是长久地伫立在球门线前，沉默地兜底，守住最后的防线。面对动辄数千吨的钢铁造物，结构仿真工程师的使命并非雕琢华丽的轮廓，而是用精密如解剖般的算法，在毫厘之间裁去冗余，让沉重的巨兽生出轻盈的羽翼。

 

从二十多年前零下三十摄氏度的重卡试验场，到如今矗立于万顷碧波之上的超大型深远海风机，龙凯用二十余年与SIMULIA相伴的求索，向我们展示了一位工程师如何用硬核的算法与工具，在冰冷的钢铁框架中，刻画出关乎安全、效率与人类未来的深沉底色。

 

03冰原与车辙，唤醒工程的底色

要理解龙凯对“轻量化”与“结构极致”的执念，需要将视线拨回至2002年的塞北。

彼时，正在北京理工大学攻读博士学位的龙凯，接下了一个颇为棘手的课题。当时国内矿山运输的主力车型为某品牌重卡，在实际运营中频繁遭遇车架断裂的严重故障，企业正面临巨大的索赔压力。

龙凯早期参与的重卡车架结构优化项目

 

“当时该车企尚未建立完善的自主研发体系，卡车图纸多为德国引进，”龙凯回忆道。德国的初始设计标准对应的是15吨额定运载量。但在当时的行业现实下，为了在计重收费的高速路和崎岖的矿区中实现效益最大化，车辆普遍被加高、加宽。“实际承受的载荷，远远超出了最初的设计极限，车架的钢筋铁骨自然难堪重负。”

 

为了寻根溯源，年轻的龙凯裹上厚重的棉服，一头扎进了一线的试验场。他爬上高高的驾驶室，去听那些常年跑运输的卡车师傅们闲聊。

 

师傅们用最质朴的行话告诉他：“其它品牌车‘劲儿大’，装得更多。”这种全然凭直觉的表达，在龙凯耳中却敲响了力学的回音。经过细致的测量与对比，他发现两品牌卡车的轴距设计存在显著差异——较短的轴距，在力学机制上自然赋予了车架更大的抗弯刚度与承载上限。

 

为了验证改进后的车架性能，龙凯在包头全程参与了冰雪中的实地测试。那是内蒙古最为凛冽的寒冬，气温常常跌破零下三十摄氏度。在几欲冻僵的寒风中，他们一丝不苟地进行着车架模态实验与户外跑车监测。

 

这次课题不仅化解了企业的燃眉之急，更直接推动了该车企自主研发部门的建立。而对龙凯而言，那场风雪中的坚守犹如一场洗礼，让他第一次深刻地体悟到：结构有限元分析绝非屏幕上寂静的红蓝应力云图，那一条条传力路径的背后，牵系着企业的兴衰，更承载着驾驶室里那些粗粝却坚韧的谋生者的安危。

卡车结构建模仿真分析

04格物致知，塑骨裁衣

随着中国工业迈入高精尖转型期，龙凯的研究坐标也从卡车底盘逐步向更为深邃的领域延伸：结构优化，特别是拓扑优化（Topology Optimization）。在这条道路上，他找到了将伴随其整个学术生涯的“神兵利器”。

 

在学术的殿堂里，拓扑优化的定义严谨而克制：在给定的设计空间区域内，根据特定的负载和边界条件，通过算法删除或增加材料，从而重构结构的传力路径，使力学性能指标达到全局最优。

 

为了让非专业人士领略这门学问的精妙，龙凯给出了两个极具画面感的比喻。

 

“你可以将拓扑优化视作一位苛刻的‘形体塑形师’，”龙凯徐徐解释道，“一个体重100公斤的人，如果体态臃肿，他的运动机能势必受限；但若通过科学的淬炼，褪去周身赘肉，让受力的核心肌肉群变得饱满粗壮，同样是100公斤的躯体，不仅更为匀称，其爆发力也会呈指数级跃升。”

 

于结构设计而言，传统的“补强”往往流于表面的堆砌；而拓扑优化，则是凭借精密的计算，将那些不参与承载的冗余材料悉数剔除，只在核心的“肌肉与骨架”上倾注钢铁。

 

他的另一个比喻，则是“材料裁缝”。“如同拿到一匹上好的锦缎，在满足美观与得体的前提下，借助工业软件这把‘智慧的剪刀’，精准地铰去多余的边角，最终缝制出一件浑然天成的衣裳。”

 

从“堆砌”走向“裁剪”，这种极度克制、化繁为简的力学美学，正在潜移默化地重塑现代重型装备的物理形态。

 

拓扑优化涉及现代人类生活的方方面面

05万吨巨兽与寂静的“守门人”

步入2020年代，中国风电行业迎来了历史性的爆发。龙凯和他的算法，也随之迎来了体量远超以往的庞然大物。

 

2024年底，额定功率达16.6兆瓦的深远海漂浮式风电平台“明阳天成号”已在广东阳江并网投运；2025年秋的北京风能展上，更是赫然出现了50兆瓦超大型漂浮式风电机组的身影。不过十余载，单机容量翻越了数十倍之多。

 

“现在的风电机组，其自重已从昔日的百吨级跨越至千吨，甚至向万吨级挺进。除却航空母舰，它几乎已是人类建造的极具规模的旋转机械。”龙凯慨叹道。

 

当如此庞大的造物挺进波谲云诡的深远海，高耸入云的塔架承受着风、浪、洋流等极其严酷的多场耦合撕扯。在这个全无前人经验可循的技术“无人区”里，如何在长达二十五年的生命周期中，确保巨兽不折戟于疲劳断裂？

 

“在整个研发体系里，结构仿真工程师扮演的，正是那个‘足球守门员’，”龙凯用了一个质朴的意象，“守门员极少有前锋那般耀眼的高光时刻，但他是最后一道不容有失的底线。我们的天职，就是确保风机在任何极端境遇下都能稳稳守住安全的命脉。”

 

依托先进的仿真优化工具，龙凯团队协助风电设备制造商，在确保机舱底座、轴承座等核心要件抗疲劳刚度的同时，大刀阔斧地削减了材料冗余。在这片海域，结构每卸下一吨的负荷，便意味着深海浮式平台吃水深度的显著优化与工程难度的骤降。守门员在屏幕前的每一次静默演算，都在为汪洋之上的绿能帝国夯实基石。

06二十载工具相伴，跨越“无人区”的清醒洞察

作为国内最早将商用结构拓扑优化软件引入工程实践的学者之一，龙凯与达索系统的渊源，是一段横跨二十余年的长情陪伴，他简直是天经地义的达索系统SIMULIA冠军用户。

 

“那是在2003年，机缘巧合之下，我参加了一场为期3天的结构优化培训。当时授课的是一位德国工程师。在那三天里，我第一次接触到了商业化的拓扑优化软件——Tosca。”回忆起这段往事，龙凯对技术启蒙时的震撼依然记忆犹新。

 

彼时的Tosca尚属于德国FE-DESIGN公司，其极易上手的特性让年轻的龙凯迅速掌握了这门“解剖”结构的语言。后来，随着工业软件的整合浪潮，达索系统将FE-DESIGN与Tosca悉数收入麾下，深度融入SIMULIA产品家族。伴随着这段技术演进的历史，龙凯也与达索系统结下了不解之缘。在后来的漫长岁月里，SIMULIA屡屡成为他验证前沿算法、破局工程迷阵的专属利器。

 

当回溯这段二十余年的“工具之约”时，作为SIMULIA冠军的龙凯，展现出了一位深耕一线的学者特有的清醒。

 

他亲历了软件的发展与进化。谈及未来，他深知随着AI等前沿技术的涌入，工业软件的功能必将愈发强大，使用也会愈发便捷。但在龙凯眼中，技术从来不是单向的赋能，而是一场人与工具的“双向奔赴”。

 

“我个人的一个体会是，工程软件能不能在工程当中真正地发挥作用，归根结底，还是需要工程师主动地去接纳结构拓扑优化的概念，”龙凯在采访中语意恳切，“只有工程师自觉地去运用这些软件，才能真正达到解决问题的目的。”

 

这种基于工程师底层认知的“自觉”，在某些行业早已成为本能。龙凯敏锐地指出，由于行业特性的驱动，航天航空、汽车等领域在拓扑优化的应用上走得更早、更远。

 

“比如航天航空对重量有着极致的追求，有时候卫星上哪怕仅仅减重1克，底下的运载火箭可能就能减重1吨。”龙凯剖析道。

 

如今，属于风电行业的“极致时刻”也已悄然降临。面对动辄重达万吨的钢铁巨兽，庞大的体量中潜藏着巨大的减重诉求与冗余度挑战。“风电行业目前也面临着这样的一个状态，”龙凯笃定地说。面对未来，他抱有务实而深远的期待：在不久的将来，拓扑优化技术必将在风电挺进深海“无人区”的征程中，发挥出不可替代的重量级作用。

07结语

工程学的深邃，往往藏匿于那些最为冷峻、理性的线条与网格之中。

 

在龙凯的娓娓道来里，没有光鲜亮丽的聚光灯，唯有塞北风雪中的车辙、一线工人的质朴对白、在轨卫星无声的运行，以及算法世界里的剥茧抽丝。然而，当这位 SIMULIA 冠军与他手中长伴二十载的软件，同汪洋之上转动的五十兆瓦风机交叠在一起时，一种属于硬核工程师的底蕴便跃然纸上。

 

再强大的算法，也需要一颗愿意接纳它的工程师之心。他们以算力为尺，以岁月为刃，依托达索系统卓越的仿真工具，主动破除传统的枷锁，一点一滴裁去沉重的钢铁冗重，让风的轨迹得以在轻盈中流转。巨塔静默无言，但在那些源源不断送往千家万户的明亮灯火里，工程师帮它们留下了最深沉的注视。