力学研究中“大数据”的启示、应用与挑战
大数据在全世界发展迅猛,应用成效显著.大数据独特的思维和方法,为科学研究与探索提供了全新的范式.力学研究中,高时空分辨率、多参数同步观测与高精度、大规模模拟手段的发展,为力学大数据的发展提供了契机,大数据、机器智能方法的应用正呈现快速上升趋势.本文旨在分析大数据思维方法在力学研究中的应用,及其启示与挑战.首先从大数据资源、大数据科学及大数据技术3个层面分析了大数据的内涵及研究态势,概括了国内外政府及组织机构的大数据发展规划.而后对比分析了力学思维方法与大数据思维方法的特点,指出两者的本质区别在于数据使用方式的不同而带来的范式差异:大数据采用数据驱动模型替代力学中的偏微分方程组以描述问题,在复杂系统的分析、预测中优势显著.回顾了大数据方法在材料性能预测、材料本构建模、湍流建模、结构健康监测及试验力学等方面的最新研究进展,以及动态数据驱动与数字孪生等大数据驱动的建模模拟新范式.总结了大数据在力学研究中应用的3种方式,即驱动已有模型改进,挖掘复杂隐含的规律,以及替代已有的理论方法等.最后,建议以力学研究为主体和牵引,大数据与力学双驱动,推动大数据与力学交叉形成理论与方法突破、及学科发展新方向.
力学、大数据、数据科学、复杂性、不确定性
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N39;O3(新技术的应用)
本文是在国家自然科学基金项目;哈尔滨工业大学主办的“大数据驱动下力学的机遇与挑战”研讨会与会专家的帮助,以及匿名审稿专家的宝贵意见指导下完成的,在此表示诚挚感谢;感谢课题组博士研究生在文稿编辑和整理中付出的辛勤劳动;本文的研究工作还得到了中国博士后科学基金资助项目
2020-11-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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