蔡金虎

1、个人基本信息

姓 名：蔡金虎

学历（学位）：博士

职    称：副教授

毕业院校：北京航空航天大学

所在学科：

一级学科：机械工程

二级学科：机械设计及理论

研究方向：

车辆安全防护装备智能化设计

基于人工智能的大规模结构优化设计

机器人装备开发

2、个人简介与研究生培养

2.1 个人简介

蔡金虎，北京航空航天大学机械工程博士，获得了北京市优秀毕业生、国家励志奖学金（三次）。担任Int. J. Mech. Sci.，Struct. Multidiscip. Optim.，Int. J. Numer. Methods Eng.，Adv. Eng. Softw.，Structures，机械工程学报等期刊审稿专家，机械工程学报等期刊优秀审稿人，担任系副主任、机械工程学会机械设计分会青年委员、中国机械工程学会高级会员、振动工程学会高级会员。主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金青年C类项目，参与国家“天问一号”火星着陆器、“嫦娥”月球着陆器、“海燕”号水下滑翔机等国家重点项目的开发与研制工作。

主要从事车辆防护智能化设计技术、复合材料与结构/多尺度结构一体化设计技术、基于人工智能的大规模结构优化设计大规模结构分析与优化设计方面的研究工作。主持/参与国家和省部级项目4项；以第一作者/通讯发表SCI/中文权威期刊论文SCI论文30篇，申请/授权发明专利25项，获批软件著作权3项；研究成果获得工程科学技术进步奖一等奖1项。

2.2 研究生培养

      （1）复杂装备结构智能化设计技术。针对汽车、机器人等装备中的关键部件开展创新性的超高性能结构设计、算法开发相关研究。开发具有优异吸能特性、抗冲击特性、刚度和强度性能的超材料结构，探索静动载荷下多尺度材料结构、复合材料结构的材料-结构一体化设计方法，研究多源混合、时变、精确与非精确概率不确定因素下的结构稳健拓扑优化方法。相关成果发表于IJMS、NME、Struct等期刊。研究生毕业可在汽车、工程机械、绿色建筑、航空航天、船舶、军工等领域就业。

图1 复杂装备结构智能化设计

      （2）基于人工智能的大规模结构优化设计。围绕复杂装备模型复杂、求解精度高、自由度规模大的工程难题，采用机器学习、人工智能开展大规模结构的自动化、衍生式、高效设计技术、算法开发相关研究。相关成果发表于SMO、ADE、机械工程学报等期刊。研究生毕业可在汽车、工程机械、计算机、军工等领域就业。

图2 高分辨率三维结构设计

图3 材料与几何非线性材料和复合材料结构设计

      （3）机器人装备开发。围绕机器人关键部件、柔性机构的设计、建模与优化开展研究工作，相关研究成果发表在Thin Wall Struct等期刊上。研究生毕业可在汽车、机器人设计、军工等领域就业。

图4 机器人关键结构及柔性机构设计

3、代表性课题

[1]主持，国家自然科学基金青年C类项目，复合材料结构拓扑优化，E0506，2026.01-2028.12；

[2]主持，湖南省自然科学基金青年C类项目，复合材料结构拓扑优化，E0506，2024.01-2026.12；

[3]主持，中交一公局集团有限公司《大跨宽体T构桥梁转体施工关键技术研究》，2025.09-2027.09；

[4]国家自然科学基金重点项目，51635002，面向空间几何成形的多环闭链过约束柔性机构与结构一体化设计理论，2017.01-2021.12，285万，参与；

[5]“天问一号”火星着陆器、嫦娥五号月球着陆器着陆腿的缓冲结构设计，参与；

4、代表性论文

[1].Cai JH(蔡金虎), Huang L, Wu HY, Yin LR*. Concurrent topology optimization of multiscale structure under uncertain dynamic loads[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2023, 251: 108355. （JCR 1区，TOP）

[2].Cai JH(蔡金虎), Huang J, Huang L, Li QQ, Yin LR*. Topology optimization of periodic structures under multiple dynamic uncertain loads. Advances in Engineering Software 198 (2024): 103777. （JCR 1区）

[3].Cai JH(蔡金虎), Yang ZJ, Wang CJ, Ding JZ*. Concurrent topology optimization of composite macrostructure and microstructure under uncertain dynamic loads[J]. Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal, 2022,81(3):267-280. （JCR 1 区）

[4].Cai JH(蔡金虎), Wang CJ^*. Robust concurrent topology optimization of multiscale structure under load position uncertainty[J]. Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal, 2020, 76(4): 529-540. （JCR 1 区）

[5].Cai JH(蔡金虎), Huang L*, Wu HY, Yin LR. Topology optimization of truss structure under load uncertainty with gradient‑free proportional topology optimization method[J]. Structures, 2023, 58: 105377. （JCR 1 区）

[6].蔡金虎, 黄静, 黄龙, 付志方, 吴宏宇,尹来容.动态载荷不确定条件下的周期性结构稳健拓扑优化[J/OL].机械工程学报,1-16[2025-01-16]. （中文权威期刊）

[7].Cai JH(蔡金虎), Ding HB, Huang L. Topology optimization method of strut-and-tie composite structure under uncertain load conditions[J]. Advances in Engineering Software 198 (2025): 103777. （JCR 1区）

[8].蔡金虎, 荣见华, 赵磊, 张明军, 赵志军, 基于连续体拓扑优化的拉/压结构设计方法[J]. 机械工程学报，2025,61(09):449-460.. （中文权威期刊）

[9].Feng KP, Tan LJ, Cai JH(蔡金虎), Wu HY, Hao YX, Yang YQ, Yan SZ. "Machine learning-based semi-online performance optimisation for long-range underwater glider missions." Ships and Offshore Structures (2024): 1-11.

[10].Cai JH(蔡金虎), Wang CJ*, Fu ZF. Robust Concurrent topology optimization of multiscale structure under single or multiple uncertain load cases[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2020, 121(7): 1456-1483. （JCR 1 区）

[11].蔡金虎, 王春洁.基于映射的梯度点阵结构设计方法[J].振动与冲击,2020,39(20):74-81. （中文重要期刊）

[12].Zhao, L, Zheng J, Cai JH(蔡金虎), Hu J, Han Y, Rong JH*. Stress-constrained topology optimization of geometrically nonlinear continuum structures by using parallel computing strategy. Advances in Engineering Software 199 (2025): 103805. （JCR 1 区）

[13].Zhao L, Li YS, Cai JH(蔡金虎), Yi JJ, Zhou Q, Rong JH*. Integrated topology and size optimization for frame structures considering displacement, stress and stability constraints[J]. Structural and Multidisciplinary Optimization 67.4 (2024): 48. （JCR 1 区）

[14].Huang, J, Huang J, Cai JH(蔡金虎), Sun SL, Peng CW. Lightweight design of the seeding wheel structure of rice direct seeder based on topology optimization. INMATEH-Agricultural Engineering 74.3 (2024).

5、代表性专利和软件著作权

[1].蔡金虎.一种载荷作用位置不确定条件下的结构宏细观拓扑优化方法[P].湖南省:CN202211271568.8, 2023-03-31.

[2].蔡金虎.一种随机场载荷条件下的结构宏细观拓扑优化方法[P].湖南省: CN202211271589.X, 2023-03-31.

[3].蔡金虎, 黄静, 张明军, 张鹏, 胡波, 许都.一种动态载荷不确定条件下的周期性结构拓扑优化方法[P].湖南省:CN202311821969.0, 2024-03-29.

[4].蔡金虎. 复合材料层合板壳结构建模与分析软件v1.0, 2025SR0284310, 原始取得, 全部权利, 2025-2-28. (软件著作权)

[5].蔡金虎,荣轩霈,易继军,荣见华,周泉,赵磊,赵志军.一种拉压结构拓扑优化方法[P].湖南省: CN116911124A, 2023-10-20.

[6].蔡金虎, 荣见华, 赵磊, 许都, 付志方, 李广耀, 刘学翱. 一种含多相拉压非对称材料的复合材料结构拓扑优化方法[P]. 申请号：2024101777105, 2024-02-08.

[7].蔡金虎, 丁慧冰, 荣见华, 刘鑫, 尹来容, 黄龙, 向睿佳, 赵磊. 一种载荷不确定条件下的拉/压复合材料拓扑优化方法[P]. 湖南省: 202411616951.1, 2024-11-13.

[8].蔡金虎, 丁慧冰, 荣见华, 刘鑫, 尹来容, 赵磊, 黄龙, 杨裕坤. 一种具有拉伸和压缩特性的复合材料拓扑优化方法[P]. 湖南省: 202411616951.1, 2024-11-13.

[9].蔡金虎, 曹豪浩, 荣见华, 刘鑫, 尹来容, 赵磊, 黄龙, 许都, 张明军, 丁慧冰. 一种基于动态载荷作用下的复合材料结构拓扑优化方法[P]. 湖南省: 202411616951.1, 2024-12-26.

[10].蔡金虎.一种基于应力映射的点阵结构设计与优化方法[P].北京市: CN201910070777.8, 2019-06-07.

[11].蔡金虎.一种基于拓扑优化的梯度点阵结构设计方法[P].北京市: CN201910070786.7, 2019-05-17.

[12].赵磊, 荣见华, 蔡金虎, 易继军, 冯俊杰, 赵志军, 周泉, 陈仙阁. 无铰链多输入多输出柔性机构抗屈曲拓扑优化设计方法[P].湖南省:CN116432331A, 2023-07-14.

[13].赵磊, 荣见华, 蔡金虎, 易继军, 冯俊杰, 赵志军, 周泉, 陈仙阁. 一种框架结构抗屈曲拓扑优化设计方法[P].湖南省:CN116227066A, 2023-06-06.

6、联系方式

地址：湖南省长沙市雨花区万家丽南路二段960号，长沙理工大学机械与运载工程学院

邮编：410114，   电话： 18810537386（微信同号）      Email: caijinhu@csust.edu.cn

课题组与北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学、中南大学、湖南大学、华南理工大学、航天一院、航天五院、国家电网、三一重工、中联重科和山河智能等国内外知名大学、研究所和企业等保持长期的合作关系，研究生在校期间可推荐至国内外知名高校和研究所联合培养和攻读博士。

7、课题组硕士毕业生去向