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我國力學工作者的部分重大研究成果簡介

發(fā)布時間:2021-10-10  河南奮興機電科技有限公司  瀏覽次數(shù):10238

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  我國關(guān)于近代應(yīng)用力學的研究大約始于四五十年代,其中力學事業(yè)的奠基人公認為有四個:錢學森、周培源、錢偉長和郭永懷。其中錢學森被認為是中國的“航天之父”、“火箭之父”;周培源以研究廣義相對論而出名;錢偉長被打成右派,只是到晚年才擔任政協(xié)副主席而名聲日隆;郭永懷實際上是二機部第二研究院(研究原子彈的)副院長,在1968年執(zhí)行公務(wù)時飛機失事而犧牲(其動人事跡已被拍成電影)。這四個人都是加州理工學院的校友,都繼承了哥廷根學派應(yīng)用力學的傳統(tǒng)。實際上,加州理工學院是一所規(guī)模很小的學校,一直提倡精英教育。她的中國校友還有很多,例如鄭哲敏、莊逢甘、談家楨、趙忠堯、胡寧、孟昭英、唐有祺、白春禮等。

  公眾對于這些人的學術(shù)了解都很膚淺,殊不知他們都是應(yīng)用力學的大師,而他們所取得的那些成績只不過是其所學力學知識的外在表現(xiàn)而已。他們已經(jīng)掌握了力學的精髓,不把力學作為一門具體的學科,而是作為方法 論,故而他們能有更多的發(fā)明創(chuàng)新。力學的邏輯嚴密性,以及能夠從工程實際和實驗現(xiàn)象里面提煉模型的能力,對創(chuàng)建交叉學科具有非常重要的意義。例如錢學森提出的工程控制論、物理力學、系統(tǒng)工程,錢偉長研究的燃料電池、中文信息處理,郭永懷提出的化學流體力學等,都是基于力學方法 論的新概念和新學科。有鑒于此,本文僅選取了我國力學家的幾項重要學術(shù)成績以評述,而這也僅僅是力學工作者所取得成果的一部分。

  “中國三錢”中的兩錢,錢學森和錢偉長都是搞力學研究的。錢學森回國之后擔任了火箭與航天領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo),是一位科學帥才。他能夠領(lǐng)導(dǎo)這么大的系統(tǒng)工程,其基礎(chǔ)就是應(yīng)用力學。

  錢學森在力學上的主要貢獻有:

  采用非線性理論研究了飛機金屬薄殼結(jié)構(gòu)非線性屈曲;

  研究火箭發(fā)動機的熱力學問題,提出并實現(xiàn)了火箭助推起飛裝置(JATO),提出了火箭旅客飛機、核火箭、行星際飛行、天地往返運輸系統(tǒng)等概念;

  創(chuàng)建了《工程控制論》,把設(shè)計穩(wěn)定與制導(dǎo)系統(tǒng)這類工程技術(shù)實踐作為主要研究對象;

  提出物理力學概念,主張從物質(zhì)的微觀規(guī)律確定其宏觀力學特性,改變過去只靠實驗測定力學性質(zhì)的方法;

  卡門-錢近似公式,即飛機速度接近聲速時,空氣的可壓縮性對機翼和機身的升力有多大影響。

  錢偉長的力學貢獻主要有:

  彈性薄板的內(nèi)稟理論一文中,提出的扁殼的非線性方程組被稱為錢偉長方程;

  廣義變分原理的拉格朗日乘子算法,該工作1964年投稿被拒,結(jié)果被日本鷲津久一郎搶先發(fā)表;

  運用攝動法求解薄板的大撓度方程,被稱為錢偉長方法;

  流體力學的變分原理;

  圓柱體的扭轉(zhuǎn),是彈性力學方面的經(jīng)典成果;(6)圓環(huán)殼的一般解;(7)研究穿甲力學,目的是為了研究當時珍寶島打仗時候坦克的穿甲問題。

  胡海昌,是錢偉長早年的研究生和助手,主要貢獻在于廣義變分原理。這個原理已經(jīng)是彈性力學教材必講的一章,被稱為“胡海昌-鷲津久一郎變分原理”。以中國人名命名的定理,目前尚不多見。

  周培源,湍流計算模式的奠基人,曾追隨愛因斯坦和海森堡學習相對論。他奠定了湍流模式理論的基礎(chǔ),在國際上形成了一個流派,對推動流體力學研究產(chǎn)生了巨大影響?!霸谕牧黝I(lǐng)域,他被認為是計算機模式之父”、“在這一代人中,在流體力學中***少有來自四個不同國家的四位巨人,他們以自己的方法在國內(nèi)和國外造成很大的影響,既是由于他們對流體力學的貢獻,也由于他們提供的智力和領(lǐng)導(dǎo),在每一個國家,那些非凡的后繼者在流體力學中的出色的工作者都可以追蹤為這些巨人的學術(shù)繼承人。我所說的四位巨人是:美國的馮卡門,前蘇聯(lián)的柯爾莫哥洛夫,英國的泰勒,和中國的周培源?!?湍流專家Lumley語)。

  郭永懷,發(fā)現(xiàn)了上臨界馬赫數(shù),發(fā)展了奇異攝動理論中的變形坐標法,即國際上公認的PLK(Poincare-Lighthill-Kuo)方法。他倡導(dǎo)了我國的高超聲速流、電磁流體力學、爆炸力學的研究。

  錢令希,專長于結(jié)構(gòu)力學和計算力學。1950年,發(fā)表論文《余能理論》,開創(chuàng)了我國力學工作者對變分原理的研究。70年代,提倡結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論和計算力學,已被廣泛地運用到土木建筑、橋梁、造船、航天、機械制造等多個領(lǐng)域。60年代初,研究核潛艇研究殼體的強度、開孔和穩(wěn)定問題。70年代,牽頭承擔了我國現(xiàn)代化的原油輸出港——大連新港主體工程的設(shè)計任務(wù),提出了“百米跨度空腹桁架全焊接鋼棧橋”的方案。

  張維是雙院士,提倡力學與工程實際相結(jié)合。他求得了薄壁圓環(huán)殼的漸進解,求得了比較完整的承受任意荷載環(huán)殼、彎管的精確解,同時進行圓環(huán)殼幾何非線性、屈曲及后屈曲特性的研究,并注重對環(huán)殼在彈性元件、轉(zhuǎn)子設(shè)計以及波紋管膨脹節(jié)的應(yīng)用,提倡在我國推廣輕型薄殼結(jié)構(gòu)和普及殼體理論。

  鄭哲敏,雙院士,應(yīng)用力學專家。在爆炸力學方面,提出了流體彈塑性模型,先后解決了穿甲和破甲相似律、破甲機理、穿甲簡化理論和射流穩(wěn)定性等一系列問題。對煤和瓦斯突出進行了力學分析。對金屬斷裂機制和絕熱剪切帶的形成和演化都提出了新的模型和理論。

  黃克智,與其研究生高玉臣一起提出了“高黃解”,解決了冪硬化材料的裂紋擴展問題,進行過壓力容器和管板換熱器的力學分析,塑性力學和微納米力學的研究。

  俞茂宏,提出了雙剪切理論和統(tǒng)一強度理論,已被廣泛應(yīng)用于工程力學、材料力學、塑性力學、土力學、巖石力學、金屬力學、巖土塑性力學以及土木工程、水利工程、巖土工程、機械、軍工等工程問題的研究。

  鐘萬勰,提出了彈性力學求解的新對偶體系、精細積分法、參變量變分原理、結(jié)構(gòu)力學與優(yōu)控制的模擬關(guān)系、極限分析等。

  白以龍,建立了熱塑剪切模型方程及變形局部化演化的一系列新結(jié)論,被國際一些實驗室證實和文獻引用,稱為“白模型”,“白判據(jù)”。在材料的跨尺度破壞等力學問題方面有所建樹。

  王仁,塑性力學的滑移線理論,沖擊載荷下結(jié)構(gòu)的塑性動力響應(yīng)和動態(tài)屈曲問題,計算了丟球構(gòu)造應(yīng)力場,對地震應(yīng)力場進行模擬和地震危險區(qū)進行預(yù)測,將斷裂力學應(yīng)用于巖石破壞機理。


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