研究项目
国内项目
1. 高层次国家级人才计划项目，2023-2025；
2. 上海市科技创新行动计划，非厄米时空调制土木工程超结构研究与应用，2022-2024；
3. 重点研发青年科学家项目，深部稀有金属矿下行连续智能开采理论与技术（二级课题），2022-2024；
4. 国家自然科学基金面上项目，负泊松比宽低频减隔振超材料研究与机器学习逆向设计，2022-2024；
5. 国家级青年人才计划项目，2019-2021；
6. 国家自然科学基金面上项目，弯电纳米能量采集器无网格法模拟与水平集拓扑优化，2017-2019；
7. 上海市科学技术委员会，上海市科技启明星计划人才项目，高地应力区非常规页岩气开发水力压裂多尺度模型研究，2016-2019
国际项目
1. 共同主持（Co-PI）欧盟地平线2020 项目《创新国际人才交流计划》2017-2022 ；
2. 德国洪堡基金会“索菲亚”项目，2015-2018
研究成果
学术专著
Xiaoying Zhuang, Meshless methods for 3D fracture modelling with level sets，Lambert Academic Publication, Saarbrucken, Germany, 2012, ISBN 978-3-8473-1818-7.
专著章节
[1] A. Huerta, T. Belytschko, S. Fernndez-Mndez, T. Rabczuk, X. Zhuang, M. Arroyo. Meshfree Methods, in Encyclopedia of Computational Mechanics(ECM2) - Article ID: ecm005, Wiley, 2017.
[2] T. Rabczuk, X. Zhuang. Meshless discretization methods, Springer Encyclopedia of Continuum Mechanics, 2017
[3] T. Rabczuk, X. Zhuang, Impact Mechanics, Springer Encyclopedia of Continuum Mechanics, 2017.
[4] T. Rabczuk, X. Zhuang, N. Vu-Bac. Continuum/Finite Element Modeling of CNRPs in Stochastic Multi-scale Modeling of CNT/Polymer, Springer, 2017.
[5] T. Rabczuk, X. Zhuang, S. Silani. Computational Multiscale Modeling of Carbon-Nanotube Reinforced Polymers, Springer, 2017.
5篇代表性论文
[1] Chen, Yanyu; Qian, Feng; Scarpa, Fabrizio; Zuo, Lei; Zhuang, Xiaoying ; Harnessing multilayered soil to design seismic metamaterials with ultralow frequency band gaps, Materials and Design, 2019, 175: 0-107813.
针对声子超材料控制低频振动，如地面交通和低振幅地震波引起的振动，提出了一种新的设计方法即通过在多层土壤中埋入周期性变化的混凝土桩构建地震超材料，可以衰减低于10 Hz的表面波。并通过对有限尺寸地震超材料中的低振幅面波传播进行实验室规模的实验，验证了设计思想和数值模型的正确性。结果表明，多层地震超材料可以在较宽的频率范围内衰减面波，且入射波的能量被限制在浅层地震超材料的最软层内。由于桩和周围土壤之间的强烈约束，深层地震超材料还表现出高达7.2Hz的宽带带隙。此外，带隙强烈依赖于桩和土壤底层之间的约束，因此可以通过剪裁来调整，该研究为工程结构的低频地震振动防护开辟了新的途径。
[2] Cai, Runcheng; Jin, Yabin; Rabczuk, Timon; Zhuang, Xiaoying; Djafari-Rouhani, Bahram ; Propagation and attenuation of Rayleigh and pseudo surface waves in viscoelastic metamaterials, Journal of Applied Physics, 2021, 129(12): 0-124903.
目前大多数地震超材料的设计都没有考虑到自然界中广泛存在的粘弹性效应。本研究通过分析复合能带结构和透射谱，研究了Rayleigh波和pseudo surface waves(PSWs)在实心柱和内含物两种粘弹性地震超材料中的传播和衰减特性。首次揭示了含杂质超材料中光子晶体的存在及其在表面的传播特性。这些PSWs在传统能带分析技术中被隐藏，因此显示了复能带结构方法的有效性。在这两种类型的地震超材料的基底中引入粘性将增强Rayleigh波和PSW的衰减。对于内含物的超材料，软涂层中的粘弹性效应仅对PSW有特定的影响。一般而言，PSWs在最小化相对衰减效应方面具有优势。本文的研究结果将为实际工程中设计和优化地震超材料提供很大的可能性。
[3] Wu, Xinyue; Wen, Zhihui; Jin, Yabin; Rabczuk, Timon; Zhuang, Xiaoying; Djafari-Rouhani, Bahram ; Broadband Rayleigh wave attenuation by gradient metamaterials, International Journal of Mechanical Sciences, 2021, 205(2021): 106592.
低频声波在紧凑结构设计中的宽带衰减是一个具有挑战性的问题，特别是在地震波的应用中。在这项工作中，提出了一种新的地震超材料，由两种不同的衰减结构，即露出地表的柱子以及埋入地下的填充结构。结果表明，两种结构组合与单独结构相比带隙更宽且带隙频率更低。此外，对激发Rayleigh波的对称性和色散曲线中本征模的分析表明，透射中有效波衰减的频率范围远大于相应的带隙。最后，设计了梯度复合超材料，在保持单元尺寸紧凑的情况下，实现了[4.3,20.0] Hz宽带范围内的波衰减。该研究结果在以保护大型基础设施或土木工程建筑为目标的地面隔振中具有实际和经济应用价值。
[4] Zhuang, Xiaoying; Guo, Hongwei; Alajlan, Naif; Zhu, Hehua; Rabczuk, Timon ; Deep autoencoder based energy method for the bending, vibration, and buckling analysis of Kirchhoff plates with transfer learning, European Journal of Mechanics - A: Solids, 2021, 87: 0-104225.
本文提出了一种基于深度自编码器的能量法（DAEM），用于基尔霍夫板的弯曲、振动和屈曲分析。DAEM利用了DAEM的高阶连续性，并将深度自动编码器和最小总势原理集成在一个框架中，从而产生了一种无监督特征学习方法。DAEM是一种特定类型的前馈深度神经网络（DNN），也可以用作函数逼近器。DAEM具有强大的特征提取能力，可以更有效地识别整个能量系统背后的模式，如本文研究的场变量，固有频率和临界屈曲载荷因子。目标函数是最小化总势能。DAEM基于物理域内生成的共轭点进行无监督学习，以便在所有点处最小化总势能。在振动和屈曲分析中，基于瑞利原理构造了损失函数，提取了结构的基频和临界屈曲载荷，提出了一种适用于基本力学模型的双曲正切激活函数，该函数满足连续性要求，并描述了弯曲下的梯度消失/爆炸问题。DAEM使用Pytorch和LBFGS优化器实现。为了进一步提高计算效率并增强这种机器学习方法的通用性，采用了迁移学习对几何形状、载荷条件和边界条件不同的几个数值例子，进行了对DAEM配置的全面研究。
[5] S.S. Nanthakumar; Xiaoying Zhuang; Harold S Park; Chuong Nguyen; Yanyu Chen; Timon Rabczuk ; Inverse design of quantum spin hall-based phononic topological insulators, Journal of the Mechanics & Physics of Solids, 2019, 125: 550-571.
提出了一种基于量子自旋霍尔效应（QSHE）的声子拓扑绝缘体的逆向设计方法。首先利用基于水平集的拓扑优化方法在能带结构中获得了双重简并性，即一个狄拉克锥。随后，通过使用区域折叠获得了四重简并性，即双狄拉克锥，之后施加了破坏平移对称性的操作，模拟了强自旋轨道耦合的效应，并破坏了四重简并性，从而产生带隙。利用这种方法进行了C6和C3对称性的六边形单元的逆向设计。数值算例表明，两种不同结构的超材料拓扑畴壁都具有拓扑保护的界面波传播特性，而基于C3对称性的单元格可以获得更大的拓扑保护带隙。
专利
(1) 庄晓莹，朱合华，春军伟等. 一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，专利公开，201310073165.7
(2) 徐前卫，唐卓华，朱合华等. 一种大型真三轴剪切试验装置及其应用，专利公开，201310647648.3
(3) 徐前卫，朱合华，唐卓华等. 可模拟泥水平衡盾构施工的室内模型试验装置及使用方法，专利公开，201310323107.5
(4) 武威，朱合华，徐前卫等. 薄膜式土压力传感器标定装置及标定方法，专利公开，201210024767.9
(5) 徐前卫，朱合华，唐卓华等. 一种可进行锚杆拉拔力测试的模拟装置及其试验方法，专利公开，201310024120.0
(6) 朱合华，武威，徐前卫等. 岩土体内部位移量测系统，专利公开，201210026718.9
(7) 朱合华，武威，徐前卫等. 岩土体应力测量系统，专利公开，201210024817.3
荣誉奖励
学术荣誉
·2023-2025年 入选高层次国家级人才计划
·2019-2021年 入选国家级青年人才计划
·2019年 连续入选 ISI 科睿唯安全球高被引学者（全球前1%）
·2016-2019年 入选上海市科技启明星计划
·2016年 获德国优秀青年科学家提名奖
·2015年 获德国洪堡基金会索非亚-科瓦雷夫斯亚奖（全球第七位华人）
·2014-2015年 获欧盟第七框架FP7玛丽—居里国际人才称号
·2012-2014年 入选上海市晨光计划
·2012-2014年 入选上海市浦江计划
科研奖励
·2024年 启迪女科学家奖
·2023年 计算力学巴特研究奖（Bathe Award 2023）
·2022年 国际期刊《Engineering Geology》杰出编委成员 Outstanding editorial board member
·2019年 Highly Cited Researcher
·2018年 莱布尼茨青年科学家奖, 德国研究联合会和德国教育与研究部
·2018年 国际华人计算力学协会（ICACM）会士奖
·2016年 德国优秀青年科学家提名奖
·2015年 德国洪堡基金“索菲亚-科瓦雷夫斯亚”奖（165万欧元，全球第七位华人），德国洪堡基金会，国际学术奖
·2014年 欧盟第七框架玛丽居里国际人才计划（FP7 Marie Curie International Incoming Fellow）国际人才称号
·2010年 欧洲计算力学协会年度最佳博士论文提名
·2010年 英国计算力学辛科维奇最佳博士学位论文奖（年度唯一）（Zienkiewicz prize for best PhD thesis in computational mechanics in 2010）
·2009年 英国工程计算力学协会年会最佳会议论文奖
学术兼职
国际期刊 Engineering Geology 副主编
国际期刊 KSCE Journal of Civil Engineering 副主编
国际期刊 Frontiers of Structural and Civil Engineering 责任编辑
国际期刊 Theoretical and Applied Fracture Mechanics 编辑委员
《Engineering Geology》编委会委员Computational Mechanics， International Journal of Computational Methods，Geotechnique，Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，Computer Modelling in Engineering & Sciences，Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，Engineering Geology 等期刊审稿人德意志研究基金（DFG）评委
哈萨克斯坦国家自然基金评委
欧盟“第七框架”FP7 项目“Integrating Numerical Simulation and Geometric Design Technology”（FP7-PEOPLE-2011-ITN-INSIST）
三维断裂课程特邀专家西澳大学工程数理学部（Faculty of Engineering, Computing and Mathematics）客座教授（Adjunct Professor）
河海大学力学与材料学院兼职教授
中国土木工程学会建设管理与青年工作专业委员会副主任委员
中国力学学会计算力学专业委员会非连续性有限元分委会委员工程地质国际期刊编委会委员
中国岩石力学与工程学会岩土物理与数值模拟分委会委员国际岩石力学学会非连续变形分析委员会委员