北京科技志之力学：都是让人仰视的大师级人物

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　　一、流体力学
　　30年代，清华大学周培源即开始进行不可压黏性流体的湍流理论研究，在国际上首先提出了脉动方程(又称涨落方程)，建立了普通湍流理论。

　　民国三十四年(1945年)，周培源发表了《关于速度关联和湍流涨落方程的解》的论文，提出两种解湍流运动的方法。这一方法在国际上至今仍产生着深远影响，被誉为“现代湍流模式理论的奠基性工作”。

　　50年代至60年代，周培源与蔡树棠从纳维尔-斯托克斯(Navier-stokes)方程解得最简单的均匀各向同性湍流的后期衰变运动的二元和三元关联函数，并求得均匀各向同性湍流在早期衰变运动的近似解。周培源利用纳维尔-斯托克斯方程推导出的非线性涡旋方程，并用近似法计算从早期到后期的二元和三元的关联函数，其结果与国际上三十多年来所发表的实验数据基本相符，受到国际上的瞩目。

　　1953年，郭永怀在美国研究激波与边界层的相互作用，得出远场超声速流动与近场边界层相互作用的速度场和压力场的表达式，得到与实验一致的理论结果。

　　60年代初，中科院力学所林同骥指导研究者在针对弹头和弹体气动力及气动热的应用课题的研究中，提出了有质量引射和化学反应的边界层传热计算方法、玻璃纤维增强塑料烧蚀理论、碳材料定常与非定常烧蚀理论，以解决中程导弹弹头烧蚀防热问题。

　　60年代初，中科院力学所吴承谦等研制成1兆瓦电弧加热器及相应的烧蚀参数测试仪器，首次在国内以亚声速射流平头圆柱流动模拟高超声速的驻点流动，测量了烧蚀参数，为工业部门陆续提供了材料抗烧蚀性能的实验数据。

　　60年代，中科院力学所徐复提出在受控聚变稳定性研究中，采用有限时间稳定理论，这种想法比国外δ-稳定性概念要早数年。

　　1967年，中科院力学所高智提出无黏流与边界层相互干扰的理论模型，同时提出了一种简化的纳维尔-斯托克斯方程组，并与中科院计算中心合作研究了方程组的数学性质和数值解法。

　　70年代初期开始，中科院力学所胡文瑞负责的一组科研人员，开展天体物理流体力学的理论和数值模拟研究工作。在研究基础上，胡文瑞出版了《宇宙磁流体力学》专著。

　　1976年，中科院力学所张德良、林同骥等分别完成了《飞行轨道计算和现象分析》、《吉林陨石雨烧蚀图像分析》论文。

　　70年代后期，中科院力学所凌国灿等研究了以分离与旋涡脱落为特征的高雷诺数钝体流动。在圆柱非定常旋涡运动的分析方面从理论上描述了流动演变和旋涡的发展过程，计算了二次涡及其影响，说明了卡门涡前期形成过程，描述了涡街的运动学特征，预计了旋涡脱落频率及周期性的流体载荷。

　　1978年至1983年，北京大学孙天风等通过风洞实验，在人工模拟的大气边界气流中研究结构物的风荷载，取得了具有重要的理论意义和实际应用价值的成果。

　　1979年至1985年，中科院力学所李家春等进行了奇异摄动理论及其在水波问题中的应用研究工作。解决了摄动级数在各种复杂情况下的奇性判别法，为改进级数收敛性提供依据。这一结果被美国流体力学年鉴主编M.VanDyke教授称为“李定理”。

　　1979年至1990年，中科院力学所贾复等用实验模拟手段，揭示了中尺度涡、分层湍流等复杂现象及其过程的动力学机制。这一结果被国际同行所接受，并用于解释海洋锋面演化的过程。

　　80年代初，中科院力学所俞鸿儒等研究突出物附近激波与湍流边界层干扰区的传热问题，发现通过圆柱形突起物周围的局部热流可达平板值的30～46倍;并提出圆柱后掠可减轻气动加热的建议。

　　1980年至1985年，中科院力学所吴承康等研究高速飞行器烧蚀物对再入通信中断的影响及化学减轻途径。经过实验提出：减少防热材料中碱金属杂质含量是降低等离子体鞘套电子密度的主要途径;在防热材料中添加亲电子物质是减轻中断的重要手段。

　　1980年至1986年，北京航空学院刘谋佶、吕志泳等结合运用多种测量手段和方法(物面和空间流态显示、测力、测压和激光测速等)，对绕边条翼的流动和增升机理作了系统研究。

　　1980年至1986年，中科院力学所凌国灿等进行地转涡的结构与运动的研究，提出并建立了大尺度地转涡结构与运动的新理论，揭示了地转涡具有不同机制的内外层结构、内层流动和衰减规律，地转涡相对于背景流动的周期性摆动运动等一系列新的规律，拓广了经典二维旋涡运动理论。

　　1985年至1987年，北京航空学院邓学莹等利用后掠压缩角模型研究了激波边界层干扰中的上游影响区的流动结构特性，提出确定柱形区与锥形区边界的准则，并给出了马赫数对柱形区和锥形区边界的影响规律。

　　1988年至1991年，中科院力学所胡文瑞在其负责的“微重力环境的对流和稳定性研究”项目中，进行了浮区液桥中热毛细对流的数值模拟研究工作，完成了二维定常和非定常的有限元软件，计算了二维非定常对流过程。

　　1989年，中科院力学所建成小型低湍流度水洞，首先在国内达到1.5%的低湍流度，并将热膜测速技术用于水中实验;鄂学全提出了分层流体无平均剪切湍流扩散的理论模型。

　　80年代末，清华大学陈佐一等提出了系统的振荡流体力学的基本方程和求解的基本方法。

　　二、固体力学
　　民国二十九年(1940年)，清华大学钱伟长第一次将张量分析用到弹性板壳问题上，建立了薄板薄壳的统一理论。

　　民国三十七年(1948年)至1957年，清华大学钱伟长等在研究弹性圆板大挠度问题上，发展了摄动法。

　　1953年，中科院物理所胡海昌提出的“三类变量广义变分原理”被国际上公认为胡—鹫广义变分原理。

　　60年代，中科院力学所柳春图、王自强等系统整理分析了夹层板理论，给出适用范围，提出局部效应理论及系统计算方法，出版了《夹层板壳的弯曲、稳定与振动》和《加筋圆柱曲板与圆柱壳》专著。

　　1963年至1992年，北京大学陈滨、北京理工大学梅凤翔和北京工业大学李子平，对经典约束系统的数学性质及力学性质作了深入研究，统一了经典约束系统动力学的基础，研究了新的动力学算子和动力学方程形式、守恒律和新的积分方法，并广泛研究了这种理论在各种工程系统及物理学中的应用。

　　1975年，北京大学武际可等完成了“旋转壳静力与振动分析程序与理论方案”研究，并对大型冷却塔设计提出了实质性改进建议。该方案与程序成为中国大型冷却塔设计时应力分析的主要手段。

　　1976年以来，中科院力学所段祝平等对各种材料在高应变率下的动力学性质进行了系统的研究，完成动态屈服强度、多孔岩石弹性模量、剪胀点、动态COD等测试工作。

　　1979年至1986年，中科院力学所柳春图等探讨了含裂纹板壳结构的力学性能，完善了含裂纹板壳的基本理论，给出了含裂纹平板、球壳、柱壳裂纹尖端应力应变场的一般解。

　　70年代，中科院力学所王自强等提出了等应变能密度线上最大周向应力准则;将周向应力及应变能密度两个参数有机结合起来，准确预示了理想脆性材料复合型裂纹脆断准则;将Dugdale模型推广应用于任意弹塑性体，提出了带状颈缩区模型及裂纹颈缩区相对伸长准则。

　　80年代开始，中科院力学所王自强等对裂纹顶端的弹塑性应力应变场问题进行了系统的研究。对非线性裂纹问题建立了高阶渐近场的控制方程;求得纯Ⅰ型平面应变问题的二阶渐近场数值解，证实了裂纹顶端的应力应变场可以用二个参数：J积分及二阶场的幅值系数来表征。

　　1980年至1990年，中科院力学所白以龙等进行材料的变形和断裂行为及其力学理论的研究，通过对热塑剪切带的精细结构观察，首次在国际上阐述了剪切带成核演化规律，受到国际同行的高度评价，被称为“白氏模型”或“白氏判据”。

　　1981年至1985年，北京大学王大钧等依据结构理论和三维弹性力学间位移、应变能、动能的联系，建立了一个泛函分析框架，证明了“弹性力学算子的正定性和能量嵌入算子的紧致性在广泛的结构理论中保留了相应性质”。

　　1983年，北京航空学院张行等在应力强度因子理论计算方面，将有限元狭义守恒积分发展为有限元广义守恒积分法，从而适用于复合壁、非均匀温度场、变厚度板、加劲板、三维等对象;提出的解析—变分法，具有计算简便、适用范围宽、可在微机实现等优点。

　　80年代，中科院力学所张双寅等进行了复合材料断裂与蠕变性能研究，提出了非均匀有限元，节点间相对位移约束子释放概念。同时，对树脂基人工两相材料与工程树脂基复合材料，在循环蠕变条件下疲劳损伤与蠕变损伤交互作用规律进行了研究，提出的单向复合材料断裂韧性与比应变能密度准则，不仅可以预测开裂方向，还可以预测无缺陷材料的破坏强度。

　　三、爆炸力学
　　1961年至1963年，中科院力学所郑哲敏等开展金属典型零件的爆炸成型理论研究，提出了带有普遍性的“爆炸成型相似律”，阐明了几何相似律的存在，并给出了薄壁零件成型的能量准则。

　　1963年，中科院力学所郭永怀提出钝锥绕流可能产生“悬挂激波”，并给出了产生二次激波的条件。1964年，他指出，在弹体穿过核爆区的高超声速再入大气层时，灰尘粒子对激波有重要影响。

　　1964年，中科院力学所郑哲敏、解伯民独立于国外提出了统一的流体弹塑性模型，成功地处理了高速加载和高速变形下流动与变形问题。

　　1964年至1969年，中科院力学所郑哲敏等完成了地下核爆炸力学效应的计算工作，并为第二次地下核试验，提供了力学效应试验方案，结合爆后开挖时现场考察，给出岩石中应力波的传播规律，为中国地下核爆炸判定相应的安全标准提供了依据。

　　1975年至1982年，中科院力学所研制了一套水下爆炸压力遥测系统，目的是解决水中兵器定型试验爆炸威力的遥测技术问题。

　　70年代，中科院力学所郑哲敏等进行了金属聚能射流的稳定性与射流对固体靶板的侵彻研究，结果表明，低速段与高速段射流的破坏具有不同的机制。

　　70年代末，中科院力学所郑哲敏等研究了金属板爆炸复合理论，分析了板材在爆炸载荷作用下的加速过程，剖析了爆炸复合形成波状界面的影响因素和成波规律，以及界面附近介质的温度变化和金相结构，较好地解决了两层和多层复合运动姿态问题。

　　1982年，中科院力学所郑哲敏发表《从数量级和量纲分析看瓦斯突出机理》论文，认为中国煤矿中主要能量来自煤层中的瓦斯，而地压只是触发煤层破坏的条件。

　　1987年至1989年，中科院力学所谈庆明等进行了超高速碰撞终点效应研究，建立了自动跟踪脉冲X光摄影装置系统，拍摄到冲击厚靶的成坑现象及冲击薄靶形成的碎片云，并通过数值模拟对超高速弹丸撞击金属靶板和结构的破坏现象进行了研究。

　　四、土力学
　　1963年至1968年，中科院力学所钱寿易等通过实验研究与理论分析，完成了深层抽水作用下土层压缩—回弹机理沉降计算，提出黏土层的变形机理，阐明了上海市区域性地面沉降是由人工过量抽取地下水所造成的，系统探讨了由抽水引起的地面下沉的内在规律，建立了双线性力学模型。

　　1984年至1985年，中科院力学所钱寿易等参加“六五”攻关项目“南海北部湾涠11-1海区工程地质评价”工作，承担有关力学分析工作，对重力式平台地基进行变形分析。

　　1987年至1990年，中科院力学所顾小芸等对浅层黏土进行了变形特性试验，证明土性参数随反复载荷次数的变化是非线性的，进一步完善了双线性模型;顾小芸等还进行海底土体稳定性研究，对海底原状土样做室内土工试验，研究以实际地质、波浪、地震等自然情况为依据，进行了地震危险性、黏土层海底稳定性和黏土液化分析。

　　本文来源于北京市科学技术委员会网站(bjkw.gov.cn)，原文为《北京科学技术志》中的内容。