对话 SIMULIA 精英专家 —— 龙凯
龙凯，华北电力大学新能源学院副教授，2022 年度达索系统SIMULIA 精英专家（SIMULIA Champion）。2007 年于北京理工大学取得博士学位，长期致力于结构拓扑优化理论方法及其风力机零部件轻量化工程应用研究。主持多项国家及省部级自然科学基金项目，发表学术论文百余篇，入选中国知网（CNKI）高被引学者全球前 1%。从早期重型卡车底盘分析，到如今万吨级深海海上风电巨型装备的结构体系重构，龙凯始终致力于将前沿优化算法落地于真实工业工程应用。
随着仿真技术持续推动工业变革，达索系统 SIMULIA 精英专家计划致力于汇聚全球顶尖仿真专家，探索技术边界，塑造设计的未来。在重型装备与绿色能源工程广阔领域，这些技艺精湛的仿真专家往往扮演着 “无声守护者” 的角色。
引言
足球场上，守门员很少成为万众瞩目的焦点。前锋大举进攻之时，守门员驻守球门线，是沉默而坚毅的最后一道防线。面对成千上万吨重的钢结构，结构仿真工程师的使命并非雕琢华丽的外观轮廓，而是运用手术刀般精密的算法，将多余材料削减至毫米级别，让这些庞大钢铁巨物拥有灵动性能，同时始终运行在安全裕量范围之内。
从二十多年前零下三十摄氏度的重型卡车试验场，到如今矗立于海面的巨型深海海上风力发电机组，龙凯二十余年与 SIMULIA 相伴的探索历程，展现了工程师如何依托成熟算法与工具，为冰冷的钢结构注入对安全、效率以及人类可持续未来的深刻坚守。
龙凯发表 / 撰写的部分研究成果与技术文献合集
冰原与车辙：唤醒工程的本质
想要真正理解龙凯对 “轻量化” 与 “结构优化” 的执着，要回溯到 2002 年的中国北方。
彼时，正在北京理工大学攻读博士学位的龙凯承接了一项艰巨项目：国内矿山运输主力重型卡车在作业过程中底盘车架频繁发生严重断裂，生产企业面临巨大索赔压力。
龙凯早期参与的重型卡车底盘结构优化项目
“当时这家汽车企业尚未建立完整自主研发体系，卡车图纸大多从德国引进。” 龙凯回忆道。德国原版设计标准额定载荷为 15 吨。但受当时工业现实影响 —— 计重收费公路追求收益最大化、矿山路况恶劣，这些车辆被普遍改装得更高更宽。“车辆实际承载远超出原始设计极限，钢结构车架自然无法承受巨大应力。”
为找到问题根源，年轻的龙凯裹上厚重冬装奔赴一线试验场地。爬上高耸的驾驶室，与经验丰富的卡车老司机深入交流。
司机们用最朴素的行业话语告诉他：“别家的车子‘筋骨更强’，拉得更多。” 这种纯粹来自直观感受的描述，在龙凯力学认知层面引发强烈共鸣。经过细致测量对比，他发现两款车型轴距设计存在显著差异：更短的轴距会让底盘拥有更高抗弯刚度以及承载能力。
为验证改进后底盘车架性能，龙凯赴包头参与冰天雪地中的现场试验。那是内蒙古最凛冽的寒冬，气温经常低至零下三十摄氏度。团队顶着刺骨寒风，细致开展底盘模态测试，采集室外行驶数据。
该项目不仅化解制造企业的燃眉危机，更直接推动车企自主研发部门成立。对于龙凯而言，暴风雪试验场上的坚守是他职业生涯的一次洗礼。他深刻意识到：结构有限元分析绝不只是电脑屏幕上色彩斑斓的应力云图。每一条传力路径背后，关乎企业兴衰；更关乎坐在驾驶室里、以此谋生的坚韧从业者的生命安全与切身福祉。
卡车结构建模与仿真分析
在实践中求索：塑造框架、量体裁衣
伴随中国工业向着高精度、前沿技术转型，龙凯的研究重心从卡车底盘转向更深、更专业的领域：结构优化，即拓扑优化。在这条道路上，他找到了将伴随整个学术生涯的核心工具。
在学术领域，拓扑优化拥有严谨精准的定义：在给定设计空间内，基于指定载荷与边界条件，通过算法增删材料，重构结构传力路径，使力学性能达到全局最优。
为方便非专业人士理解这门学科的精妙，龙凯给出两个生动比喻。
“可以把拓扑优化看作严谨的‘形体雕塑师’，” 龙凯缓缓解释，“如果一个 100 公斤的人体态臃肿，运动能力必然受限。通过科学训练，减掉多余脂肪，强化核心承重肌群，同样 100 公斤的躯体，不仅体态匀称，力量还会成倍提升。”
在结构设计中，传统的 “补强” 往往只是简单堆砌材料。而拓扑优化依靠精确计算，剔除不参与承载的冗余材料，把结构钢材集中用于核心的 “肌肉与骨架”。
第二个比喻是 “面料裁缝”。“好比拿到一匹精美锦缎，想要合身雅致，就以工业软件作为‘智能剪刀’，精准裁掉多余布料，最终做出无缝、剪裁得体的成衣。”
从 “堆砌材料” 转向 “量体裁衣”，这种极致克制、简约优雅的力学美学，正潜移默化重塑现代重型装备的实体形态。
拓扑优化已经渗透到现代人类生活方方面面
万吨级巨物与无声的 “守护者”
进入 2020 年代，中国风电行业迎来爆发式历史性增长。龙凯和他的算法迎来了体量空前的研究对象。
2024 年末，额定容量 16.6 兆瓦的 “明阳天成” 深海漂浮式风电平台在广东阳江实现并网。2025 北京风能展重点展出 50 兆瓦超大型漂浮式风力发电机组。十余年间，单台机组容量提升数十倍。
“如今风力发电机组自重从数百吨跃升至数千吨，甚至接近万吨级别。除航空母舰之外，这几乎是人类建造的体量最大的旋转机械结构。” 龙凯感慨道。
这些庞然大物置身变幻莫测的深海环境，高耸的塔筒必须承受风、浪、洋流带来的极端多物理场载荷。在完全没有先例可循的技术 “无人区”，如何保障巨型装备 25 年全生命周期内不发生疲劳断裂？
“在整套研发体系中，结构仿真工程师就如同足球场上的守门员。” 龙凯用通俗易懂的类比解释，“守门员很少拥有前锋那般耀眼高光，但却是最后一道安全兜底防线。我们的使命就是：无论遭遇何种极端工况，保证风力发电机组牢牢守住安全生命线。”
依托先进仿真与优化工具，龙凯团队助力风电装备企业大幅削减材料冗余，同时保障机舱底板、轴承座等关键零部件的疲劳刚度。在辽阔海洋之上，每削减一吨结构载荷，就会显著优化漂浮式平台吃水深度，大幅降低工程实施难度。仿真工程师在屏幕上完成的每一次静默计算，都为海洋之上绿色能源产业筑牢根基。
二十年工具相伴：驰骋 “无人区” 的真知灼见
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，龙凯与达索系统的合作已历经二十余年，是名副其实的达索系统 SIMULIA 精英专家。
“2003 年，机缘巧合参加由德国工程师主讲的为期三天结构优化培训。那三天，我第一次接触商用拓扑优化软件 ——Tosca。” 回忆起技术启蒙的震撼，龙凯依旧历历在目。
彼时 Tosca 归属德国 FE‑DESIGN 公司。其直观易用的界面，让年轻的龙凯快速掌握结构 “解析” 的思路。之后伴随工业软件行业整合浪潮，达索系统收购 FE‑DESIGN，将 Tosca 深度集成进 SIMULIA 产品家族。伴随着这段技术演进历史，龙凯与达索系统结下不解之缘。此后多年，SIMULIA 反复成为他验证前沿算法、攻克复杂工程难题的首选工具。
回望与工具相伴的二十余载，作为 SIMULIA 精英专家，龙凯展现出深耕工程实践的学者所独有的清醒务实。
亲历软件迭代演进，他对未来有着深刻洞见。他明白，随着 AI 等前沿技术涌入，工业软件必然会变得更强大、更易用。但在龙凯眼中，技术从来不是单向赋能，而是工程师与工具之间双向融合。
“我的切身感悟：工业软件能否真正落地发挥价值，归根结底取决于工程师主动接纳拓扑优化这一理念。” 龙凯在采访中恳切说道，“只有工程师主动去应用工具，才能够真正解决实际工程问题。”
这种根植于工程师底层认知的 “主观意识”，在部分行业早已成为本能。龙凯敏锐指出，受行业业务需求驱动，航空航天、汽车领域更早、更广泛地应用拓扑优化。
“举个例子，航空航天追求极致减重。卫星上哪怕减轻一克重量，都可以让运载火箭减重整整一吨。” 龙凯解释道。
如今风电行业属于它的 “高光时刻” 已经悄然到来。面对万吨级巨型钢结构，庞大体量对轻量化提出严苛要求，同时带来结构冗余的各类挑战。“风电行业现在正直面这样的现实。” 龙凯语气笃定。展望未来，他务实而满怀期待：拓扑优化技术必将在风电向深海 “无人区” 进军的进程中，扮演无可替代的重要角色。
结语
工程的深度，往往藏在最朴素理性的线条与网格之中。
龙凯的讲述里，没有耀眼聚光灯；只有北方暴风雪留下的车辙、一线从业者的真诚交谈、卫星无声运行的轨道，还有算法世界中对复杂难题的细致拆解。当这位 SIMULIA 精英专家与相伴二十年的软件，和浩瀚海面上旋转的 50 兆瓦风力发电机组交汇，硬核工程师的真正内核便跃然纸上。
无论算法多么强大，终究需要工程师发自内心地接纳。依托算力的精密推演，历经长年实践打磨，工程师借助达索系统卓越仿真工具挣脱传统束缚。一点一点剔除钢结构冗余，让风能动能流畅释放。巨型机组默然伫立，而千家万户灯火通明的背后，留存着工程师最厚重、恒久的思考。
