中國力學事業50年

2023-02-05 19:33:02 字數 5125 閱讀 3674

莊逢甘(中國航天科技集團公司,北京 100830)

中國力學學會走過50個春秋,50年的成長與輝煌!50年的拼搏與奉獻!是中國力學創業、奮鬥和發展歷程的真實寫照!

時值中國力學學會成立50周年之際,我們聚會一堂,共同慶賀。在這裡我將對中國力學的發展談談自己的一些認識和想法,與大家共同回顧中國力學事業的建立過程和近10年的重大成就,共同展望中國力學未來的發展。

力學在中國的傳播和發展遠非50年所能概括。早在20世紀初,隨著中國民族工業的較大發展,對力學知識的需求逐步增加。30年代,商務印書館出版了鄭太樸翻譯的《自然哲學的數學原理》,徐驥著的《應用力學》,陸志鴻著的《材料強度學》。

在這一時期,一批學者先後留學歸國並開設力學課程,如北京大學的夏元瑮、清華大學的周培源、北洋大學的張國藩、唐山鐵道學院的羅忠忱等,在國內開始系統地講授相對論、理論力學、流體力學、工程力學等課程,並相應開展了一些力學的理論與應用方面的研究。這些力學活動為中國力學的早期發展是做出貢獻的。但是,力學真正成為一門學科在中國快速蓬勃發展是新中國成立以後的事情。

新中國成立伊始,百廢待興,建立獨立民族工業體系的國家戰略發展需求急需力學人才和專門機構。2023年,周培源在北京大學創辦了中國第乙個力學專業,2023年,錢偉長首先在中國科學院數學研究所建立力學研究室。2023年10月,錢學森回國,與錢偉長合作,在2023年1月5日成立了中國科學院力學研究所。

建國初期,為解決專門力學人才匱乏的現狀,錢學森等還探索了特殊的人才培養模式,我認為有兩個較為成功的事例。第乙個是2023年,中國科學院與清華大學開辦的工程力學研究班,學員選自工科專業四年級學生和力學教研組助教及生產部門的工程師,做到了不拘一格選拔人才,後來的事實證明這樣一種人才培養機制是可行而有效的,這些學員在後來的國民經濟建設和國防建設中發揮了重要作用,做出了重要貢獻。第二個是老五院。

為了加速發展中國航天事業,2023年10月***決策成立國防部第五研究院。建院之初就成立了空氣動力學、結構強度、飛行控制等方面的專業研究所,從全國各地引進了一批知名的專家學者,並從各高等院校招收了一大批力學和相關專業的青年學生。在錢學森等老一輩科學家的指導下,新參加工作的大學生首先要到設計部門工作3~6個月,以深入了解工程實際需求。

在以後的具體工作中堅持理論聯絡實際,以型號為中心,為型號服務,在解決型號研製關鍵技術問題的過程中不斷加強力學基礎知識的學習與實際能力的培養。這樣一種人才培養方式,卓有成效地造就了一批力學理**底紮實、解決工程實際能力很強的青年力學專家,有力的支援了型號的研製和航天技術的發展。

中國力學學會的成立標誌著中國力學進入了快速發展時期。2023年2月5~10日,中國科學院物理學、數學、化學部和技術科學部聯合召開了第一次全國力學學術報告會,與會代表200餘人。會議最後一天,大會全體通過了中國力學學會章程,選舉了35位著名力學家為理事,錢學森為第一任理事長,自此,中國力學學會正式成立,並建立了固體力學、流體力學、一般力學、岩土力學4個專業委員會。

今天,中國力學學會擁有會員2萬餘人,專業委員會工作委員會28個,主辦16個學術期刊,已具有十分廣泛的群眾基礎。2023年2月,中國第乙個力學專業學術期刊——《力學學報》創刊。它的第一任主編是錢學森,第二任主編是郭永懷。

至今她也走過了50個春秋,為力學科學在中國的傳播立下了汗馬功勞。

國家重大戰略發展需求是力學事業發展的巨大推動力。2023年春,在***、***直接領導下,制定了《1956~2023年科學技術發展遠景規劃綱要》。錢學森、周培源、錢偉長、郭永懷以及一大批知名的力學家都參與了有關力學專業規劃的調研、制定、組織和實施。

力學規劃圍繞國家重大建設和國防任務,內容涉及學科發展遠景及各分支學科的基本內容;國家高等院校力學專業設定與人才培養;實驗室與裝置的配套建設等等。值得一提的是,1961~2023年,錢學森、趙九章、郭永懷、沈元、吳仲華等人以極大魄力和科學預見,在中國科學院組織「星際航行座談會」,匯聚眾多學科和高新技術領域的專家,針對中國的航天事業發展需求,舉行了連續10餘次的專題研討活動,討論的問題十分廣泛,涉及運載工具、推進劑、姿態控制、氣動力、氣動熱、生物空間實驗、微重力影響等等。而所有這些問題的實質與關鍵都離不開力學。

這個會對後來中國航天事業具有重要意義,並由此啟動了其它高新技術領域研究的開展。

力學在中國取得快速發展的另乙個重要原因是對力學學科性質的清晰認識。2023年,談鎬生向中國科學院院黨組呈報書面意見,強調支撐力學廣泛應用性的是力學的基礎性,提出召開全國力學規劃會議,制定全國力學發展規劃。這一建議被轉呈**,並得到批准。

於2023年召開了全國力學規劃會議,會議通過了《1978~2023年全國基礎科學發展規劃——理論和應用力學》。這一規劃反映了力學既是基礎科學,又是應用科學的學科特徵,明確了「力學是許多任務程技術和自然科學學科的基礎」。近30年來的實踐表明,這樣的認識促進了力學學科的發展,也使力學在經濟建設和國防建設中發揮了重要的支撐與推動作用。

力學的發展與國家經濟建設和國防建設緊密結合,由此產生的重大成就舉世矚目,力學在國民經濟建設和國防建設中都發揮了重要作用。中國兩彈一星的成功研製,是力學成就的典範代表。歷數中國近年來高新技術的重大成就, 如載人航天、大型運載火箭、飛機、潛艇, 還有高層建築、巨型輪船、高水平的橋梁、海洋平台、海港與棧橋、精密機械、機械人、高速列車等等, 都有力學的參與與貢獻, 都熔鑄著中國數萬力學工作者的心血。

正因為力學在推動中國科學技術發展中所負有的特殊使命,才造就了以錢學森、周培源、錢偉長、郭永懷為代表的一批傑出的力學家。他們在奠定中國力學發展基礎的同時,還帶動了中國科學技術的發展。

今天我們在這裡再次回顧中國力學事業的建立過程,可以得到這樣乙個認識,只有將力學的發展同國家的需求緊密結合,才是力學發展的正確道路。也可以看到,中國力學事業之所以能欣欣向榮,具有強大的生命力,是因為幾代力學工作者牢牢把握住了時代發展的脈搏,投身於國家建設的各個主戰場,發揮自身的聰明才智和力學學科的強大作用,為國家的發展做出了貢獻。

當我們追憶往昔的奮鬥歲月之際, 也欣喜地看到中國力學在50年中取得了豐碩成果。限於時間和篇幅,不可能非常全面和詳盡地予以介紹。在此僅著重談論近10年中國力學的重大成就。

提到的成就都是重要的,這不說明未提到的就不重要。

步入新世紀,中國力學事業有了更大的發展空間,取得了重要進展。總的來說,表現在學科體系建設日趨完善,人才儲備日益增長,國際交流日益活躍,科技創新日益增多。

在學科體系上,已形成了以固體力學、流體力學、動力學與控制等分支學科和生物力學、環境力學、**力學等二十幾門交叉學科相結合的力學學科體系。在人才隊伍上,據統計,從事與力學相關研究的兩院院士有60餘名。2023年,對國內86個單位的力學基礎研究人員的調研結果表明,國內擁有5300餘人的力學基礎研究隊伍(具有正高階職稱的人員1651人,副高階職稱人員2363人,中級職稱人員1289人)。

在國際力學事務中,中國力學界在國際力學界中舉足輕重。目前,中國在國際理論與應用力學聯合會(iutam)中有4名理事,1名執委會委員,1名大會委員會委員,2名工作委員會委員。中國的力學期刊數已達20餘種,其中進入sci的刊物有3種。

中國已經常主辦和承辦各種國際力學學術會議,近10年來,中國力學學會舉辦的國際會議就達70餘次,國外參會代表逾4000人。

在學術水平上,核彈小型化、新型中遠端飛彈、載人航天等,表明中國在**力學、空氣動力學、材料與結構力學、系統動力學與控制理論等方面的基礎與應用研究具有世界先進水平。中國在泥沙運動力學方面的研究也具有特色,在地球動力學和拓撲優化領域具有重要國際影響。中國力學研究的優勢領域為:

湍流、流動穩定性、複雜流動、高超聲速流、風工程與工業流體力學、計算流體動力學(cfd)等流體力學領域;本構關係、斷裂力學、巨集微觀力學、計算結構力學與優化設計、光測實驗力學等固體力學領域;運動穩定性、非線性振動、結構振動與控制等領域;**力學、微重力力學、生物力學、環境力學等交叉學科領域;板殻理論、廣義變分原理等與數學緊密結合的力學分支領域。在上述國內相對優勢領域已經成長起一批國家自然科學**委員會的「創新研究群體」,在近5年裡共獲得國家自然科學獎二等獎6項、國家科技進步獎一等獎3項、二等獎14項。

這些成就雖然足以讓所有力學工作者感到自豪,但我們從中還是看到,現代力學的任務更加艱鉅了,力學的發展任重而道遠。因此,接下來我更願通過幾個具體例項與大家共同**一下現代力學研究的特點,希望能有助於明晰中國力學事業未來的發展道路。

步入21世紀,中國給全世界最大的震撼莫過於載人航天,因此我們首先不妨來關注一下神舟飛船主要是其中返回艙設計中所涉及的一些力學問題和研究方法。當返回艙以極高的速度再入地球大氣層時,面對的是複雜多變的空氣動力環境和流場結構,並伴隨劇烈的氣動加熱,這些複雜現象使得返回艙的氣動設計成為神舟飛船返回技術的關鍵技術之一。

氣動設計的主要任務包括飛船返回艙基本外形和突起物外形設計、準確**返回艙在複雜環境下的氣動力和氣動熱特性、返回艙周圍空氣流動機理研究和飛行穩定性等。關於氣動設計,早在2023年錢學森同志就曾精闢地指出:「要較好地解決太空飛行器空氣動力學設計問題,必需是地面風洞模擬試驗、計算機流場數值計算和實際飛行試驗3種研究方法同時並舉,相互配合。

」在返回艙的氣動設計中,我們貫徹了這一指導思想。

在方案設計階段,我們明確提出了返回艙空氣動力學面臨的10大關鍵技術問題,組織全國優勢力量協作攻關。成功地解決了返回艙外形與耳片的外形設計,消除了多配平攻角現象;準確**了返回艙複雜流動現象,解決了熱環境和熱防護設計問題;給出了可靠的氣動特性資料,特別是跨聲速飛行階段的動穩定性資料等。這些工作為保證返回艙設計可靠性和飛行成功起到了重要作用。

未來,中國的載人航天工程還將繼續發展,將把更多的太空飛行員送入太空、實現太空飛行員出艙活動和空中對接,進行月球探索,建立空間實驗室,以及開展新的空天運輸系統的研究。為此,今後的氣動研究任務還很艱鉅,我們依然要借助上述3種手段,需進一步明確:氣動裝置建設是基礎,氣動實驗是重點,氣動計算是關鍵,氣動創新是核心。

堅持這一原則,相信我們必將取得更輝煌的成就。

雖然固體力學已經科學地闡明了材料的強度和韌性,使結構材料的發展奠立在新的基礎之上,但是固體強度問題還沒有根本解決。事實上,強度與韌性都與固體材料結構密切相關,強度問題跨越了固態物質從原子鍵斷裂到固體出現巨集觀分離,尺度差異高達107倍。這促使固體微細觀力學的孕育和發展。

中國學者在微細觀力學上開展了系列原創性工作,取得了新的認識。該領域的主要研究進展體現在兩個方面:(1) 巨集微觀破壞力學,包括巨集微觀斷裂、電致失效力學、巨集細微觀損傷力學、智慧型材料的細觀力學行為等;(2) 現代巨集細觀本構理論,包括本構不變性研究和張量表示理論,形狀記憶合金相變塑性理論、應變梯度塑性理論、非均勻材料的均勻化方法、鐵電材料本構關係等。

在研究上的乙個顯著特點是將上述兩個研究方向結合起來,共同推進。研究物件具有多尺度的特徵,研究方法體現了跨尺度關聯。中國學者在該領域相繼取得了創新性的研究成果,包括巨集細觀斷裂力學;形狀記憶合金相變塑性理論;張量表示和材料本構方程不變性研究;塑性梯度應變理論;智慧型和資訊材料的力學行為;非均勻材料的多尺度力學等。

這些成果分別於2023年和2023年獲得國家自然科學二等獎。

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中國力學學會青年學術沙龍第64次活動定於2011年11月26日 星期六 上午9 00在廣州華南理工大學舉行。本次活動由華南理工大學 暨南大學 廣東工業大學共同承辦,具體內容通知如下 一 時間地點 時間 2011年11月26日 星期六 9 00 17 00 地點 華南理工大學 五山校區 交通大樓604...

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