2020仿真秀MatDEM创新奖学金评选

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：自11月1日仿真秀MatDEM创新奖学金发布以来，仿真秀2020MatDEM创新讲座受到了理工学子和离散元科研工作者的高度关注。其中，参加MatDEM创新系列讲座用户突破2000人次，用户评价极高。

此外，我们已经收到了20多份MatDEM创新奖学金的申请表。经前期有效筛选，最终9名同学入围本次线上评比。将通过网上投票和专家评审产生特等奖1名（奖金4000元）、一等奖4名（奖金2000元）、二等奖3名（奖金1000元），特等奖和一等奖需为网络投票前7名。

为什么要设立MatDEM创新奖学金？

当前，中国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段，工业仿真软件是我国产业发展中需要努力补齐的短板。南京大学地球科学与工程学院，结合学科优势，着力发展地质和岩土工程高性能仿真软件，培养国家和社会急需的高端人才，助力我国实现强国战略目标。

作为国内领先CAE、CAD、CAM、AR和VR等领域大仿真知识服务平台—仿真秀，为了促进国产软件在科研和工程中的应用，鼓励理工学子探索研究，自2020年起，我们联合南京大学地球科学与工程学院，面向使用MatDEM开展科学研究和工程应用的学生和科研人员，设立“MatDEM创新奖学金”。

投票规则

1. 投票时间为2020.12.31至2021.1.10

2.每次可为多名同学投票，投票后不可更改。

3.拒绝刷票和作弊行为，一经发现取消其评选资格。

入围同学

（排名不分先后，按姓氏拼音首字母排序）

1、郭成龙

中国矿业大学·地质工程专业

① 创新作品

复合地层土岩结合面不同岩层倾角下滚刀破岩数值模拟研究，针对复合地层盾构施工过程中经常出现滚刀偏磨、刀盘崩裂、“抬头”现象等一系列问题，开展双滚刀在复合地层中的破岩机理与特征的研究。依托徐州地铁在建区间盾构施工案例，采用MatDEM 离散元数值模拟软件，模拟双滚刀在不同岩层倾角的土岩复合地层中的三维动态破岩过程，取得了不同倾角下双滚刀破岩的特点和影响条件，其岩层倾角改变对盾构滚刀所产生的冲击作用具有规律性影响，将模拟与实际工况相结合调节滚刀刀间距减小刀具冲击，降低刀盘振动，提高掘进效率。

BoxTBMCutter

② 学习心得

通过仿真秀学习平台学习MatDEM软件非常的方便，课程中老师讲解的很细致，加上特有的动画展示能够直观的看到整个模拟过程，非常的震撼。

平台很好的提供了丰富的软件学习的资料。我在短时间内通过学习刘老师在仿真秀平台上的教学视频，与教材相结合，搞懂每一句代码的含义，对于不懂得地方也通过答疑交流群进行了解惑，老师也是认真回答我们提出的每一个问题。

同时在学习的过程中也进行不断的思考和摸索，不断的提出问题解决问题，不断地突破自己。在整个学习过程中培养了思维模式，在接下来的时间里我会继续通过平台进行学习，用软件更多的解决工程地质问题，在学习中和MatDEM一起成长。

2、姜鑫

北京科技大学·建筑与土木工程

① 创新作品

基于某实际地铁联络通道工程项目的人工地层冻结法过程模拟。通过该模拟获得人工冻结过程中由于冻胀引起的土体位移与温度场变化。可用于实际项目中的土体温度场预测，避免由于冻结管冻结时间不足，提前拆管而引发的安全隐患；以及预测该工法所引起的地下管线及地表位移量，当位移量过大时便采取一定措施保障施工区域安全。

位移场模拟

温度场模拟

② 学习心得

MatDEM在使用中所有过程数据都一目了然，十分便于查找出错点以及后期数据的处理。建议大家多看看软件的自带实例文件，里面的很多案例能解决绝大部分的模拟需求。

3、柯结伟

陆军工程大学·土木专业

① 创新作品

强夯作为一种简单、快速、效果明显的地基加固方法，在确保岛屿礁盘稳定的前提下，对珊瑚砂地基加固也应具备一定的适用性。本文首先开展室内模拟强夯试验，检测在夯击能作用下，珊瑚砂颗粒的变形发展规律。为了更好的了解珊瑚砂颗粒在冲击荷载作用下的应力和变形发展规律，结合学习刘春教授MatDEM课程的相关知识，开展了模拟强夯冲击试验的数值建模与计算工作。通过计算进一步研究珊瑚砂颗粒在强夯荷载作用下的应力、变形等参数的发展规律。应用本软件计算可以得到每个土颗粒在冲击作用期间的应力、应变和位移的发展变化和应力波在试样中的传递过程，这是室内试验无法获得的。

室内试验时采用的试验桶的高度为16cm，试验桶的内径为6.18cm，外径为7.18cm。在进行冲击试验时试验桶内装珊瑚砂的高度为11cm，冲击锤头的高度为5cm。本次数模也按照实际试验的尺寸进行建模。

沙土受冲击

② 心得与建议

学习心得：1.一定要多看刘春老师的书、慕课视频和仿真秀上面的视频，多看几遍，要多分析和思考；2.遇到问题要自己分析和向高手请教相结合，结伴学习效果更佳。

建议：多准备一些接触模型来适应不同的建模需要

4、刘晗帆

浙江大学·建筑工程学院岩土工程

① 创新作品

近些年，岩土工程业内基于砂土特性的研究正在如火如荼地进行。国内外许多专家学者针对砂土提出了多样的本构模型并且进行了大量的数值模拟分析。MatDEM作为近两年由国内南京大学刘春博士自主研发的一款岩土工程离散元模拟软件，目前已经在岩质滑坡，隧道挖掘等方面取得了许多优秀的成果，但是在砂土方面仍有较大的发展空间。由于砂土在材料参数方面不能像岩体那样通过单轴抗拉抗压等试验完成自动训练，需要通过单元体的三轴实验进行参数标定，而软件默认生成的压力板仅由单层颗粒组成，存在柔度过大等问题，导致经过三轴加压后压力板扭曲过于明显。因此，通过自己制作并导入压力板与块体的方法，进行一套完整的三轴实验模拟，最后标定砂土的物理力学参数。

② 研究成果

使用心得：MatDEM的二次开发采用MATLAB语言，因此，在学习过程中，我深刻感受到了熟练掌握MATLAB中矩阵运算的重要性以及矩阵运算对计算带来的便捷性。总体来说，MATDEM是一款对初学者非常友好的软件，碰到问题只要查阅书籍，独立思考，勇于尝试并且交流群内的师兄多多交流沟通，就会受益匪浅。

建议：希望在软件中输入程序时，关键字部分可以标色，方便交流沟通。

5、罗浩

上海交通大学·土木工程专业

① 创新作品

运用离散元软件MatDEM，对2017年8月28日贵州省纳雍县崩塌-碎屑流运动过程进行分析。模型包含约28万个单元，计算耗时约30h。结果显示：运动过程可分为三个阶段，总持续时间约为50s；崩塌体最大运动速度约为30m/s，最大运动距离约750m。模拟结果与地震信号反演结果、现场调查结果较为相似，证明研究结果具有可信度。研究结果为西南山区高位远程崩塌-碎屑流灾害的风险评估及防治提供理论和技术支撑。

模型运动过程见下图:

纳雍崩塌MatDEM模拟位移变化

② 学习心得

使用心得：MatDEM确实是一款很好离散元软件，特别是刘老师团队提供了教程与书本可以学习，还有许多案例可以借鉴。

个人建议：需要注意到后处理矢量时会出现矢量箭头太长遮住颗粒的颜色，导致不能看出单元颜色的变化。

6、沈凯

浙江科技学院·土木与建筑工程学院

① 创新作品

根据江西省某高铁隧道穿越富水断层破碎带时发生的塌方事故，开展塌方前现场监测数据分析，并采用MatDEM离散元软件建立隧道施工三维模型，探索分析了隧道塌方机理，模拟了不同抗剪强度的断层破碎带对塌方产生的影响，计算对应的塌方量，研究结果表明地下水对断层带的影响主要表现为抗剪强度的弱化，富水断层破碎带抗剪强度低，围岩松动范围大，出现围岩失稳塌方的概率与规模越大，并根据模拟结果，基于“防水排水，强化围岩”的思路，提出了设置迂回导坑、地层预加固、增加支护强度、优化施工工法及加强监控量测的预防措施，防止塌方事故的发生，为此类隧道工程提供了工程经验及类比素材。

tunnel

② 研究成果

论文《穿越富水断层破碎带隧道塌方机理分析与预防》

7、王波

南京大学·地质工程

① 创新作品

真实滑坡体大都是由土体和岩块混合而成土石混合体，其颗粒特征与土体、岩体相比具有复杂多样性和分布不均匀性，其中岩石块体对坡体的稳定性及滑动过程有重要的影响，与此同时，土体变形也会造成岩石块体运动，因此建立土石混合体剪切模型，用以探究块石对土体强度特性的影响以及土石混合体剪切变形过程中块石的空间运动特征。

水平位移

② 学习心得

视频学习软件的使用步骤及软件原理（推荐同时了解Matlab基本操作流程及函数使用），然后在原有代码的基础上进行修改建立简单模型了解软件的具体使用步骤和代码编写，遇到问题时通过视频教程以及配套课本进行独立思考，问题难以解决时和他人沟通交流或者咨询老师。

8、魏勇

成都理工大学·土木工程

① 创新作品

泾阳某地存在典型的深层坡基滑坡，滑坡规模较大，发生在多期次滑坡中的第一期。该类型滑坡滑床深入河漫滩地层，并在现场发现了铲刮、推挤及液化现象，且在滑坡前缘滑体内部形成了美丽的小型构造现象。其本质与构造地质学领域研究的区域地质构造相似，我们将此定义为滑坡构造。

数值模拟方法是验证理论模型的主要手段之一，其中离散元法是一种比较理想的滑坡构造演化模拟法。为完美再现滑坡构造的形成过程，需要对河漫滩地层经历的铲刮和推挤过程进行完整重现，这就需要更小的计算单元，MatDEM数百万至千万的单元计算量，能够完成上述工作任务。在此基础上，提出和建立滑坡构造的形成机制，并建立一套完整的滑坡构造研究的技术方法和理论体系，同时也为相关研究人员更加深刻地理解滑坡的形成机制和运动过程提供理论依据和技术支持。

模拟成果图如下

② 学习心得

MatDEM拥有较为简单的命令代码，学习上手速度较快，计算过程中的所有数据都可以在后期调用，特别适用于科学研究工作。学习资料也比较丰富，但学习资料比较分散，增加了初学者的学习难度，建议将资源整合，或者也可以出一个官方学习指南，指导初学者按照由浅入深地学习使用软件，也方便软件的推广应用。

9、周杰

同济大学·土木工程学院

① 创新作品

基于离散元法深入研究TBM滚刀破岩机理，利用MatDEM建立全尺寸三维滚刀破岩模型，探究岩石强度、围岩压力对滚刀受力的影响，探究最优刀间距与贯入度比值使得破岩效率最高。通过MatDEM软件高度自由、方便快速的建模特点，建立滚刀振动、滚刀磨损模型，探究岩石条件与切割参数对滚刀振动以及磨损的影响规律。根据MatDEM快速计算的优点，计划创建数值模拟数据库，建立滚刀磨损量与工程地质因素的理论关系方程，为实际工程中优化掘进方案提供参考。